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C++模板template用法

本文概述

C ++模板是添加到C ++的强大功能。它允许你定义通用类和通用函数, 从而为通用编程提供支持。泛型编程是一种技术, 其中泛型类型用作算法中的参数, 以便它们可以用于多种数据类型。

模板可以两种方式表示:

  • 功能模板
  • 类模板
C++模板

功能模板:

我们可以为函数定义模板。例如, 如果我们具有add()函数, 则可以创建add函数的版本以添加int, float或double类型的值。

类模板:

我们可以为一个类定义一个模板。例如, 可以为数组类创建一个类模板, 该模板可以接受各种类型的数组, 例如int数组, float数组或double数组。


功能模板

  • 泛型函数使用函数模板的概念。泛型函数定义了一组可应用于各种类型的数据的操作。
  • 函数将要操作的数据的类型取决于作为参数传递的数据的类型。
  • 例如, 快速排序算法是使用通用函数实现的, 可以将其实现为整数数组或浮点数数组。
  • 通过使用关键字模板创建通用函数。该模板定义了将执行的功能。

功能模板的语法

template < class Ttype> ret_type func_name(parameter_list)
{
    // body of function.
}

其中Ttype:它是函数使用的数据类型的占位符名称。在函数定义中使用它。只是一个占位符, 编译器会自动将其替换为实际的数据类型。

class:class关键字用于在模板声明中指定泛型类型。

让我们看一个简单的函数模板示例:

#include <iostream>
using namespace std;
template<class T> T add(T &a, T &b)
{
    T result = a+b;
    return result;
    
}
int main()
{
  int i =2;
  int j =3;
  float m = 2.3;
  float n = 1.2;
  cout<<"Addition of i and j is :"<<add(i, j);
  cout<<'\n';
  cout<<"Addition of m and n is :"<<add(m, n);
  return 0;
}

输出:

Addition of i and j is :5
Addition of m and n is :3.5

在上面的示例中, 我们创建了可以对任何类型执行加法运算的函数模板, 可以是整数, 浮点数或双精度数。

具有多个参数的功能模板

通过使用逗号分隔列表, 我们可以在模板函数中使用多个泛型类型。

语法

template<class T1, class T2, .....>
return_type function_name (arguments of type T1, T2....)
{
    // body of function.
}

在以上语法中, 我们已经看到模板函数可以接受任意数量的不同类型的参数。

让我们看一个简单的例子:

#include <iostream>
using namespace std;
template<class X, class Y> void fun(X a, Y b)
{
    std::cout << "Value of a is : " <<a<< std::endl;
    std::cout << "Value of b is : " <<b<< std::endl;
}

int main()
{
   fun(15, 12.3);
 
   return 0;
}

输出:

Value of a is : 15
Value of b is : 12.3

在上面的示例中, 我们在模板函数中使用了两种通用类型, 即X和Y。

重载功能模板

我们可以重载通用函数, 这意味着重载的模板函数在参数列表中可以有所不同。

让我们通过一个简单的例子来理解这一点:

#include <iostream>
using namespace std;
template<class X> void fun(X a)
{
    std::cout << "Value of a is : " <<a<< std::endl;
}
template<class X, class Y> void fun(X b , Y c)
{
    std::cout << "Value of b is : " <<b<< std::endl;
    std::cout << "Value of c is : " <<c<< std::endl;
}
int main()
{
   fun(10);
   fun(20, 30.5);
   return 0;
}

输出:

Value of a is : 10
Value of b is : 20
Value of c is : 30.5

在上面的示例中, fun()函数的模板已重载。

通用功能的限制

通用函数对函数的所有版本执行相同的操作, 但数据类型不同。让我们看一个重载函数的简单示例, 因为这两个函数具有不同的功能, 所以不能用通用函数代替。

让我们通过一个简单的例子来理解这一点:

#include <iostream>
using namespace std;
void fun(double a)
{
    cout<<"value of a is : "<<a<<'\n';
}

void fun(int b)
{
    if(b%2==0)
    {
        cout<<"Number is even";
    }
    else
    {
        cout<<"Number is odd";
    }

}

int main()
{
   fun(4.6);
   fun(6);
   return 0;
}

输出:

value of a is : 4.6
Number is even

在上面的示例中, 我们重载了普通函数。我们不能重载通用函数, 因为这两个函数具有不同的功能。第一个显示数值, 第二个显示数值是否为偶数。


类模板

类模板也可以类似于功能模板来定义。当类使用模板的概念时, 该类称为通用类。

句法

template<class Ttype>
class class_name
{
  .
  .
}

Ttype是一个占位符名称, 它将在实例化该类时确定。我们可以使用逗号分隔的列表定义多个通用数据类型。 Ttype可以在类主体内部使用。

现在, 我们创建一个类的实例

class_name<type> ob;

其中class_name:它是类的名称。

type:它是该类正在操作的数据的类型。

ob:这是对象的名称。

让我们看一个简单的例子:

#include <iostream>
using namespace std;
template<class T>
class A 
{
    public:
    T num1 = 5;
    T num2 = 6;
    void add()
    {
        std::cout << "Addition of num1 and num2 : " << num1+num2<<std::endl;
    }
    
};

int main()
{
    A<int> d;
    d.add();
    return 0;
}

输出:

Addition of num1 and num2 : 11

在上面的示例中, 我们为类A创建了一个模板。在main()方法内部, 我们创建了名为’d’的类A的实例。

具有多个参数的类模板

我们可以在类模板中使用多个通用数据类型, 并且每种通用数据类型都用逗号分隔。

语法

template<class T1, class T2, ......> 
class class_name
{
   // Body of the class.
}

让我们看一个简单的示例, 当类模板包含两种通用数据类型时。

#include <iostream>
     using namespace std;
     template<class T1, class T2>
    class A 
    {
         T1 a;
         T2 b;
         public:
        A(T1 x, T2 y)
       {
           a = x;
           b = y;
        }
           void display()
          {
                 std::cout << "Values of a and b are : " << a<<" , "<<b<<std::endl;
           }
      };

      int main()
     {
           A<int, float> d(5, 6.5);
           d.display();
           return 0;
     }

输出:

Values of a and b are : 5, 6.5

非类型模板参数

模板可以包含多个参数, 我们还可以使用非类型参数, 除了T型参数之外, 我们还可以使用其他类型的参数, 例如字符串, 函数名称, 常量表达式和内置类型。让我们看下面的例子:

template<class T, int size>
class array
{
    	T arr[size];           // automatic array initialization.
};

在上述情况下, 非类型模板参数为size, 因此, 模板提供数组的大小作为参数。

在创建类的对象时指定参数:

array<int, 15> t1;                        // array of 15 integers.
array<float, 10> t2;                    // array of 10 floats. 
array<char, 4> t3;                      // array of 4 chars.

让我们看一个简单的非类型模板参数示例。

#include <iostream>
using namespace std;
template<class T, int size>
class A 
{
    public:
    T arr[size];
    void insert()
    {
        int i =1;
        for (int j=0;j<size;j++)
        {
            arr[j] = i;
            i++;
        }
    }
    
    void display()
    {
        for(int i=0;i<size;i++)
        {
            std::cout << arr[i] << " ";
        }
    }
};
int main()
{
    A<int, 10> t1;
    t1.insert();
    t1.display();
    return 0;
}

输出:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

在上面的示例中, 创建了包含非类型模板参数(即大小)的类模板。在创建类“ A”的对象时指定。

要记住的要点

  • C ++支持称为模板的强大功能, 以实现通用编程的概念。
  • 模板允许我们创建一个类家族或一系列函数来处理不同的数据类型。
  • 模板类和函数消除了不同数据类型的代码重复, 从而使开发更加轻松快捷。
  • 在类和函数模板中都可以使用多个参数。
  • 模板功能也可以重载。
  • 我们还可以将非类型参数(例如内置或派生数据类型)用作模板参数。
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