C++ 模板

在本文中，您將學(xué)習(xí)C ++中的模板。您將學(xué)習(xí)如何使用模板的功能進(jìn)行通用編程。

模板是C ++的強(qiáng)大功能，可讓您編寫通用程序。簡(jiǎn)而言之，您可以使用模板創(chuàng)建一個(gè)函數(shù)或一個(gè)類來(lái)處理不同的數(shù)據(jù)類型。

模板通常在較大的代碼庫(kù)中使用，目的是實(shí)現(xiàn)代碼的可重用性和程序的靈活性。

模板的概念可以兩種不同的方式使用：

• 函數(shù)模板

• 類模板

函數(shù)模板

函數(shù)模板的工作方式與普通函數(shù)相似，只是有一個(gè)不同之處。

單個(gè)函數(shù)模板可以一次處理不同的數(shù)據(jù)類型，但是單個(gè)普通函數(shù)只能處理一組數(shù)據(jù)類型。

通常，如果需要對(duì)兩種或更多種類型的數(shù)據(jù)執(zhí)行相同的操作，則可以使用函數(shù)重載來(lái)創(chuàng)建具有所需函數(shù)聲明的兩個(gè)函數(shù)。

但是，更好的方法是使用函數(shù)模板，因?yàn)槟梢允褂幂^少的代碼來(lái)執(zhí)行相同的任務(wù)。

如何聲明函數(shù)模板？

函數(shù)模板以關(guān)鍵字template開頭，其后是<>內(nèi)的模板參數(shù)，然后是函數(shù)聲明。

template <class T>
T someFunction(T arg)
{
   ... .. ...
}

在上面的代碼中，T是一個(gè)模板參數(shù)，它接受不同的數(shù)據(jù)類型（如int，float等），而class是關(guān)鍵字。

在上面的示例中，您還可以使用關(guān)鍵字typename代替class。

當(dāng)將數(shù)據(jù)類型的參數(shù)傳遞給someFunction()時(shí)，編譯器會(huì)為給定數(shù)據(jù)類型生成someFunction()的新版本。

示例1：查找最大數(shù)量的函數(shù)模板

程序使用函數(shù)模板顯示兩個(gè)數(shù)字中最大的一個(gè)。

//如果將兩個(gè)字符傳遞給函數(shù)模板，則顯示ASCII值較大的字符。

#include <iostream>
using namespace std;

// template function
template <class T>
T Large(T n1, T n2)
{
	return (n1 > n2) ? n1 : n2;
}

int main()
{
	int i1, i2;
	float f1, f2;
	char c1, c2;

	cout << "輸入兩個(gè)整數(shù):\n";
	cin >> i1 >> i2;
	cout << Large(i1, i2) <<" 更大。" << endl;

	cout << "\n輸入兩個(gè)浮點(diǎn)數(shù):\n";
	cin >> f1 >> f2;
	cout << Large(f1, f2) <<" 更大。" << endl;

	cout << "\n輸入兩個(gè)字符:\n";
	cin >> c1 >> c2;
	cout << Large(c1, c2) << " 具有較大的ASCII值。";

	return 0;
}

輸出結(jié)果

輸入兩個(gè)整數(shù):
5
10
10 is larger.

輸入兩個(gè)浮點(diǎn)數(shù):
12.4
10.2
12.4 is larger.

輸入兩個(gè)字符:
z
Z
z 具有較大的ASCII值。

在上面的程序中，定義了一個(gè)函數(shù)模板Large()，它接受數(shù)據(jù)類型為T的兩個(gè)參數(shù)n1和n2。T表示這個(gè)參數(shù)可以是任何數(shù)據(jù)類型。

Large()函數(shù)使用簡(jiǎn)單的條件操作返回兩個(gè)參數(shù)中最大的一個(gè)。

在main()函數(shù)內(nèi)部，聲明了三種不同數(shù)據(jù)類型的變量：int，float和char。 然后將變量作為普通函數(shù)傳遞給Large()函數(shù)模板。

在運(yùn)行時(shí)，將整數(shù)傳遞給模板函數(shù)時(shí)，編譯器知道必須生成一個(gè)Large()函數(shù)來(lái)接受int參數(shù)，并且也是這樣做的。

同樣，當(dāng)傳遞浮點(diǎn)數(shù)據(jù)和char數(shù)據(jù)時(shí)，它知道自變量數(shù)據(jù)類型并相應(yīng)地生成Large()函數(shù)。

這樣，僅使用一個(gè)函數(shù)模板即可替換三個(gè)相同的常規(guī)函數(shù)，并使您的代碼更少也更容易維護(hù)。

示例2：使用函數(shù)模板交換數(shù)據(jù)

程序使用函數(shù)模板交換數(shù)據(jù)。

#include <iostream>
using namespace std;

template <typename T>
void Swap(T &n1, T &n2)
{
	T temp;
	temp = n1;
	n1 = n2;
	n2 = temp;
}

int main()
{
	int i1 = 1, i2 = 2;
	float f1 = 1.1, f2 = 2.2;
	char c1 = 'a', c2 = 'b';

	cout << "在將數(shù)據(jù)傳遞給函數(shù)模板之前。\n";
	cout << "i1 = " << i1 << "\ni2 = " << i2;
	cout << "\nf1 = " << f1 << "\nf2 = " << f2;
	cout << "\nc1 = " << c1 << "\nc2 = " << c2;

	Swap(i1, i2);
	Swap(f1, f2);
	Swap(c1, c2);

        cout << "\n\n將數(shù)據(jù)傳遞給函數(shù)模板后。\n";
	cout << "i1 = " << i1 << "\ni2 = " << i2;
	cout << "\nf1 = " << f1 << "\nf2 = " << f2;
	cout << "\nc1 = " << c1 << "\nc2 = " << c2;

	return 0;
}

輸出結(jié)果

在將數(shù)據(jù)傳遞給函數(shù)模板之前。
i1 = 1
i2 = 2
f1 = 1.1
f2 = 2.2
c1 = a
c2 = b

將數(shù)據(jù)傳遞給函數(shù)模板后。
i1 = 2
i2 = 1
f1 = 2.2
f2 = 1.1
c1 = b
c2 = a

在此程序中，不是通過(guò)傳遞值來(lái)調(diào)用函數(shù)，而是通過(guò)引用進(jìn)行調(diào)用。

Swap()函數(shù)模板接受兩個(gè)參數(shù)，并通過(guò)引用交換它們。

類模板

與函數(shù)模板一樣，您也可以為通用類操作創(chuàng)建類模板。

有時(shí)，您需要一個(gè)適用于所有類的類實(shí)現(xiàn)，只是所使用的數(shù)據(jù)類型不同。

通常，您需要為每種數(shù)據(jù)類型創(chuàng)建一個(gè)不同的類，或者在一個(gè)類中創(chuàng)建不同的成員變量和函數(shù)。

這將會(huì)增加很類似的代碼，并且將難以維護(hù)。

但是，類模板使對(duì)所有數(shù)據(jù)類型重復(fù)使用相同的代碼變得更容易。

如何聲明一個(gè)類模板？

template <class T>
class className
{
   ... .. ...
public:
   T var;
   T someOperation(T arg);
   ... .. ...
};

在上面的聲明中，T是模板參數(shù)，它是所使用數(shù)據(jù)類型的占位符。

在類內(nèi)部，成員變量var和成員函數(shù)someOperation()均為T類型。

如何創(chuàng)建類模板對(duì)象？

要?jiǎng)?chuàng)建類模板對(duì)象，需要在創(chuàng)建時(shí)在< >中定義數(shù)據(jù)類型。

className<dataType> classObject;

例如：

className<int> classObject;
className<float> classObject;
className<string> classObject;

示例3：使用類模板的簡(jiǎn)單計(jì)算器

程序使用類模板對(duì)兩個(gè)數(shù)字進(jìn)行加，減，乘和除運(yùn)算

#include <iostream>
using namespace std;

template <class T>
class Calculator
{
private:
	T num1, num2;
	
public:
	Calculator(T n1, T n2)
	{
		num1 = n1;
		num2 = n2;
	}
	
	void displayResult()
	{
		cout << "Numbers are: " << num1 << " and " << num2 << "." << endl;
		cout << "Addition is: " << add() << endl;
		cout << "Subtraction is: " << subtract() << endl;
		cout << "Product is: " << multiply() << endl;
		cout << "Division is: " << divide() << endl;
	}
	
	T add() { return num1 + num2; }
	
	T subtract() { return num1 - num2; }
	
	T multiply() { return num1 * num2; }
	
	T divide() { return num1 / num2; }
};

int main()
{
	Calculator<int> intCalc(2, 1);
	Calculator<float> floatCalc(2.4, 1.2);
	
	cout << "Int results:" << endl;
	intCalc.displayResult();
	
	cout << endl << "Float results:" << endl;
	floatCalc.displayResult();
	
	return 0;
}

輸出結(jié)果

Int results:
Numbers are: 2 and 1.
Addition is: 3
Subtraction is: 1
Product is: 2
Division is: 2

Float results:
Numbers are: 2.4 and 1.2.
Addition is: 3.6
Subtraction is: 1.2
Product is: 2.88
Division is: 2

在上面的程序中，聲明了一個(gè)類模板Calculator。

該類包含兩個(gè)類型為T的私有成員：num1和num2，以及用于初始化成員的構(gòu)造函數(shù)。

它還包含公共成員函數(shù)，用于計(jì)算數(shù)字的加，減，乘和除，以返回用戶定義的數(shù)據(jù)類型的值。 同樣，函數(shù)displayResult()將最終結(jié)果輸出顯示到屏幕上。

在main()函數(shù)中，分別為數(shù)據(jù)類型創(chuàng)建了兩個(gè)不同的Calculator對(duì)象intCalc和floatCalc：int和float。 使用構(gòu)造函數(shù)初始化值。

注意，我們?cè)趧?chuàng)建對(duì)象時(shí)使用<int>和<float>。這些告訴編譯器用于類創(chuàng)建的數(shù)據(jù)類型。

這將為int和float分別創(chuàng)建一個(gè)類定義，然后相應(yīng)地使用它們。

然后，displayResult()兩個(gè)對(duì)象都被調(diào)用，

然后，調(diào)用這兩個(gè)對(duì)象的displayResult()，它執(zhí)行計(jì)算器操作并顯示輸出。