函数模板（C++）

目录

一、介绍

二、注意事项 

 三、排序函数

1、交换函数模板

2、排序算法

3、打印函数

4、测试函数

四、普通函数与函数模板

区别

 调用规则

 五、模板局限性

六、类模板

 类模板与函数模板区别

1、类模板没有自动类型推导使用方式 

 2、类模板在模板参数列表中可以有默认参数 

3、总结 

类模板中成员函数创建时机

总结： 

类模板对象做函数参数

1、指定类型传入参数 (最常用) 

 2、参数模板化

3、整个类模板化

  总结：

类模板与继承

总结：

类模板成员函数类外实现

 总结：

类模板分文件编写

 第一种解决方式

第二种解决方式

 七、全局函数

学习目标

类内实现

类外实现

总结

一、介绍

       当我们谈论C++的函数模板时，我们其实是在谈论一种特殊的功能，它允许我们编写一个函数，这个函数可以处理多种不同的数据类型，而不仅仅是单一的数据类型。这就像是一个通用的工具箱，可以处理不同种类的螺丝，而不仅仅是某一种。

百度百科:

       函数模板不是一个实在的函数，编译器不能为其生成可执行代码。定义函数模板后只是一个对函数功能框架的描述，当它具体执行时，将根据传递的实际参数决定其功能。

二、案例解释

让我们通过一个简单的例子来理解它。

       假设我们有一个函数，它的目的是找出两个数的最大值。这个函数可以处理整数，也可以处理浮点数，甚至可能是其他类型的数据。如果我们为每种数据类型都写一个函数，那将是非常繁琐的。但有了函数模板，我们只需要写一个函数就可以了。

下面是一个简单的函数模板示例：

#include<iostream>
using namespace std;template <typename T>//声明一个模板，告诉编译器后面代码紧跟着的T不要报错
T max(T& a, T& b)
{return (a > b) ? a : b;
}

       这里的template <typename T>是模板的声明部分。它告诉编译器，我们要定义一个模板，而T是一个占位符，代表某种数据类型。当我们用具体的数据类型（如int或double）来调用这个函数时，T就会被替换为那个数据类型。

       然后，我们定义了一个函数max，它接受两个类型为T的参数a和b，并返回一个类型为T的值。函数体内部使用了三元运算符来判断a和b中哪个更大，并返回较大的那个值。

       模板的使用方式有两种，一种是自当类型推导，另一种是显示类型推导。

现在，我们可以使用这个函数模板来处理多种数据类型了：

int main() {int i = 5, j = 10;//自动类型推导cout << "Max of i and j is: " << max(i, j) << endl;  // 使用int类型double x = 3.14, y = 2.71;//显示指定类型推导cout << "Max of x and y is: " << max<double>(x, y) << endl;  // 使用double类型  return 0;
}

       在上面的代码中，尽管我们没有为每种数据类型都编写一个max函数，但我们仍然能够使用max函数来处理int和double两种类型的数据。这就是函数模板的魔力所在。

总结

  • 函数模板利用关键字template
  • 使用函数模板有两种方式：自动类型推导、显示指定类型
  •  模板的目的是为了提高复用性，将类型参数化

二、注意事项 

1、自动类型推导，必须推导出一致的数据类型T才可以使用

template<typename T>//typename 可换 class
void mySwap(T& a, T& b)
{T temp = a;a = b;b = temp;
}void test01()
{int a = 10;int b = 20;char c = 'c';mySwap(a, b);//mySwap(a, c);//错误!推导不出一致的类型cout << "a = " << a << endl;cout << "b = " << b << endl;
}

 2、模板必须要确定出T的数据类型，才可以使用

template<class T>
void func()
{cout << "func 调用" << endl;
}void test02()
{func<int>();
}int main()
{test01();test02();
}

 三、排序函数

要求：

实现通用 对数组进行排序的函数
规则 从小到大
算法 选择
测试 char 数组、int数组

1、交换函数模板

//交换函数模板
template<class T>
void mySwap(T& a, T& b)
{T temp = a;a = b;b = temp;
}

2、排序算法

//排序算法
template<class T>
void mySort(T arr[], int len)
{for (int i = 0; i < len; i++){int max = i;//认定最大值的下标for (int j = i + 1; j < len; j++){//认定最大值 比 遍历出的数值 要小，说明j下标的值才是最大值if (arr[max] < arr[j]){max = j;}}if (max != i){//交换max和imySwap(arr[max], arr[i]);}}
}

3、打印函数

//提供打印数组模板
template<class T>
void printArray(T arr[], int len)
{for (int i = 0; i < len; i++){cout << arr[i] << " ";}cout << endl;
}

4、测试函数

void test01()
{//测试char数组char charArr[] = "badcfe";int num = sizeof(charArr) / sizeof(char);mySort(charArr, num);printArray(charArr, num);
}void test02()
{//测试int数组int intArr[] = { 2,6,1,5,8,4,9 };int num = sizeof(intArr) / sizeof(int);mySort(intArr, num);printArray(intArr, num);
}int main()
{//test01();test02();return 0;
}

四、普通函数与函数模板

区别

  • 普通函数调用可以发生隐式类型转换
  • 函数模板 用自动类型推导 ，不可以发生隐式类型转换
  • 函数模板 用显示指定类型， 可以发生隐式类型转换
#include<iostream>
using namespace std;//普通函数
int myAdd01(int a, int b)
{return a + b;
}//函数模板
template<class T>
T myAdd02(T a, T b)
{return a + b;
}void test01()
{int a = 10;int b = 20;char c = 'c';cout << myAdd01(a, c) << endl;//自动类型推导//cout << myAdd02(a, c) << endl;//显示指定类型cout << myAdd02<int>(a, c) << endl;
}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}

 调用规则

  • 如果函数模板和普通函数都可以调用，优先调用普通函数
  • 可以通过空模板参数列表 强制调用 函数模板
  • 函数模板可以发生函数重载
  • 如果函数模板可以产生更好的匹配，优先调用函数模板
#include<iostream>
using namespace std;void myPrint(int a, int b)
{cout << "调用普通函数" << endl;
}template<class T>
void myPrint(T a, T b)
{cout << "调用的模板" << endl;
}template<class T>
void myPrint(T a, T b,T c)
{cout << "调用重载的模板" << endl;
}void test01()
{int a = 10;int b = 20;//myPrint(a, b);//通过空模板参数列表，强制调用函数模板//myPrint<>(a, b);//myPrint(a, b,100);//如果函数模板产生更好的匹配，优先调用函数模板char c1 = 'a';char c2 = 'b';myPrint(c1, c2);
}int main()
{test01();return 0;
}

 五、模板局限性

模板并不是万能的，有些特定数据类型，需要用具体方式做特殊处理

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>class Person
{
public:Person(string name, int age){this->my_Name = name;this->my_age = age;}string my_Name;int my_age;
};//对比两个数据是否相等函数
template<class T>
bool myCompare(T& a, T& b)
{if (a == b){return true;}else{return false;}
}//利用具体化Person的版本实现代码，具体化优先调用
template<> bool myCompare(Person& p1, Person& p2)
{if (p1.my_Name == p2.my_Name && p1.my_age == p2.my_age){return true;}else{return false;}
}void test01()
{int a = 10;int b = 20;bool ret = myCompare(a, b);if (ret){cout << "a==b" << endl;}else{cout << "a!=b" << endl;}
}void test02()
{Person p1("Tom", 10);Person p2("Tom", 10);bool ret =myCompare(p1, p2);if (ret){cout << "相等" << endl;}else{cout << "不相等" << endl;}
}int main()
{test01();test02();return 0;
}

总结：

1.利用具体化的模板，可以解决自定义类型的通用化

2.学习模板并不是为了写模板，而是在STL能够运用系统提供的模板

六、类模板

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>//类模板
template<class NameType,class AgeType>
class Person
{
public:Person(NameType name, AgeType age){this->m_name = name;this->m_Age = age;}void showPerson(){cout << "name:" << this->m_name << "age:" << this->m_Age << endl;}NameType m_name;AgeType m_Age;
};void test01()
{Person<string, int>p1("孙悟空", 999);p1.showPerson();
}int main()
{test01();return 0;
}

 类模板与函数模板区别

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>//类模板与函数模板区别
template<class NameType, class AgeType = int>
class Person
{
public:Person(NameType name, AgeType age){this->m_name = name;this->m_age = age;}void showPerson(){cout << "name: " << this->m_name << " age: " << this->m_age << endl;}NameType m_name;AgeType m_age;
};

1、类模板没有自动类型推导使用方式 


void test01()
{//Person p("孙悟空", 10000);错误，无法用自动类型推导Person<string, int>p("孙悟空", 1000);p.showPerson();
}

 2、类模板在模板参数列表中可以有默认参数 

void test02()
{Person<string>p("猪八戒", 999);p.showPerson();
}int main()
{test02();return 0;
}

3、总结 

  • 类模板使用只能用显示指定类型方式
  • 类模板中的模板参数列表可以有默认参数

类模板中成员函数创建时机

#include<iostream>
using namespace std;//类模板中成员函数创建时机
//类模板中成员函数在调用时才去创建class Person1
{
public:void showPerson1(){cout << "Person1 show" << endl;}
};class Person2
{
public:void showPerson2(){cout << "Person2 show" << endl;}
};template<class T>
class MyClass
{
public:T obj;//类模板中成员函数void func1(){obj.showPerson1();}void func2(){obj.showPerson2();}};void test01()
{MyClass<Person1>m;m.func1();//m.func2();
}int main()
{test01();return 0;
}

总结： 

  1. 延迟实例化：在C++中，类模板的成员函数并不在模板定义时就立即实例化。相反，它们的实例化是“懒惰”的，即只在实际需要时才进行。这意味着，只有当你尝试调用一个类模板的成员函数时，编译器才会生成该函数的代码。
  2. 节省编译时间：由于成员函数的实例化是延迟的，因此在编译过程中，只有当需要时才会生成相关的代码。这有助于节省编译时间，特别是当模板有多个参数且只有少数特定的实例化被实际使用时。
  3. 按需生成：由于成员函数的实例化是在调用时进行的，因此编译器只会为实际使用的类型和函数签名生成代码。这有助于减少生成的代码量，并使生成的代码更加高效。
  4. 链接错误的可能性：由于成员函数的实例化是在调用时进行的，因此如果在多个编译单元中使用了同一个模板，但其中一个编译单元中缺少了必要的类型定义或函数定义，那么在链接时可能会出现错误。这是因为编译器在链接阶段才能发现缺失的定义。

总之，“类模板中成员函数在调用时才去创建”这句话描述的是C++中类模板成员函数实例化的一种机制，这种机制有助于节省编译时间、减少生成的代码量，并允许按需生成代码。然而，这也可能增加链接时出错的可能性，因此需要特别注意确保所有必要的定义都可用。

类模板对象做函数参数

#include<iostream>
using namespace std;//类模板对象做函数参数template<class T1,class T2>
class Person
{
public:Person(T1 name, T2 age){this->name = name;this->age = age;}void showPerson(){cout << "姓名：" << this->name << "年龄：" << this->age << endl;}T1 name;T2 age;
};

1、指定类型传入参数 (最常用) 

void printPerson1(Person<string,int>&p)
{p.showPerson();
}void test01()
{Person<string, int>p("孙悟空", 100);printPerson1(p);
}

 2、参数模板化

template<class T1,class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2>& p)
{p.showPerson();cout << "T1的类型为：" << typeid(T1).name() << endl;cout << "T2的类型为：" << typeid(T2).name() << endl;
}void test02()
{Person<string, int>p("猪八戒", 100);printPerson2(p);
}

3、整个类模板化

template<class T>
void printPerson3(T& p)
{p.showPerson();cout << "T1的类型为：" << typeid(T).name() << endl;
}void test03()
{Person<string, int>p("唐僧", 30);printPerson3(p);
}int main()
{//test01();//test02();test03();return 0;
}

  总结：

  •  通过类模板创建的对象，可以有三种方式向函数中进行传参
  • 使用比较广泛是第一种：指定传入的类型

类模板与继承

#include<iostream>
using namespace std;//类模板与继承
template<class T>
class Base
{T m;
};//class Son:public Base //错误，必须要知道父类中的T类型，才能继承给子类
class Son :public Base<int>
{};//如果想灵活指定父类中T的类型，子类也需要变成类模板
template<class T1,class T2>
class Son2 :public Base<T>
{
public:Son2(){cout << "T1的类型为：" << typeid(T1).name() << endl;cout << "T2的类型为：" << typeid(T2).name() << endl;}T1 obj;
};void test01()
{Son s1;
}void test02()
{Son2<int, char>S2;
}int main()
{test01();return 0;
}

总结：

如果父类是类模板，子类需要指定出父类中T的数据类型

类模板成员函数类外实现

#include<iostream>
using namespace std;//类模板成员函数类外实现
template<class T1,class T2>
class Person
{
public:Person(T1 name, T2 age);/*{this->name = name;this->age = sge;}*/void showPerson();/*{cout << "姓名：" << this->name << "年龄：" << this->age << endl;}*/T1 name;T2 age;
};//构造函数类外实现
template<class T1,class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age)
{this->name = name;this->age = age;
}template<class T1, class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson()
{cout << "姓名：" << this->name << "年龄：" << this->age << endl;
}void test01()
{Person<string, int>p("Tom", 20);p.showPerson();
}int main()
{test01();return 0;
}

 总结：

类模板中成员函数类外实现时，需要加上模板参数列表

类模板分文件编写

目标：掌握类模板成员函数分文件编写产生的问题以及解决方式

问题:类模板中的成员函数创建时机是在调试阶段，导致分文件编写时链接不到

 第一种解决方式

直接包含 源文件

第二种解决方式

将.h和.cpp中的内容写到一起，将后缀名改为.hpp文件

//类模板分文件编写
template<class T1, class T2>
class Person
{
public:Person(T1 name, T2 age);void showPerson();T1 name;T2 age;
};构造函数类外实现
template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age)
{this->name = name;this->age = age;
}template<class T1, class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson()
{cout << "姓名：" << this->name << "年龄：" << this->age << endl;
}

#include"Person.hpp"
void test01()
{Person<string, int>p("Tom", 20);p.showPerson();
}int main()
{test01();return 0;
}

 七、全局函数

学习目标

掌握类模板配合友元函数的类内和类外实现

全局函数类内实现-直接在类内声明友元即可

全局函数类外实现-需要提起让编译器知道全局函数的存在

类内实现

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>template<class T1,class T2>
class Person
{//全局函数 类内实现friend void printPerson(Person<T1, T2>p){cout << "姓名：" << p.m_Name << "年龄：" << p.m_Age << endl;}
public:Person(T1 name, T2 age){this->m_Name = name;this->m_Age = age;}private:T1 m_Name;T2 m_Age;
};//1、全局函数类内实现
void test01()
{Person<string,int>p("Tom", 20);printPerson(p);
}
int main()
{test01();return 0;
}

类外实现

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>//通过全局函数 打印Person信息//提前让编译器知道Person类的存在
template<class T1, class T2>
class Person;//类外实现  麻烦 需要调整代码位置
template<class T1, class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2>p)
{cout << "类外实现-姓名：" << p.m_Name << "年龄：" << p.m_Age << endl;
}template<class T1,class T2>
class Person
{//全局函数 类外实现//加空模板参数列表//如果全局函数，是类外实现，需要让编译器提前知道这个函数的存在friend void printPerson2<>(Person<T1, T2>p);
public:Person(T1 name, T2 age){this->m_Name = name;this->m_Age = age;}private:T1 m_Name;T2 m_Age;
};//2、全局函数在类外实现
void test02()
{Person<string, int>p("Jerry", 20);printPerson2(p);
}int main()
{test02();return 0;
}

总结

建议全局函数做类内实现，用法简单，而且编译器可以直接识别

函数模板知识暂时分享到这里，关注我，带你了解更多的编程知识。

看到这里，不妨点个攒，关注一下吧！

最后，谢谢你的观看！

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