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C++中template的简单用法
模板(Template)指C++程序设计设计语言中采用类型作为参数的程序设计,支持通用程序设计。C++ 的标准库提供许多有用的函数大多结合了模板的观念,如STL以及IO Stream。使用模板可以使用户为类或者函数声明一种一般模式,使得类中的某些数据成员或者成员函数的参数、返回值取得任意类型。
一、函数模板
在c++入门中,很多人会接触swap(int&, int&)这样的函数类似代码如下:
1 void swap(int&a , int& b) {2 int temp = a;3 a = b;4 b = temp;5 }
但是如果是要支持long,string,自定义class的swap函数,代码和上述代码差不多,只是类型不同,这个时候就是我们定义swap的函数模板,就可以复用不同类型的swap函数代码,函数模板的声明形式如下:
template<class 形参名, class 形参名,......> 返回类型 函数名(参数列表){}template<typename 形参名, typename 形参名,......> 返回类型 函数名(参数列表){}
swap函数模板的声明和定义代码如下:
1 //method.h2 #pragma once3 template <class T> void swap(T& t1, T& t2)4 {5 T tmp;6 tmp = t1;7 t1 = t2;8 t2 = tmp;9 }
上述是模板的声明和定义了,那模板如何实例化呢,模板的实例化是编译器做的事情,与程序员无关,那么上述模板如何使用呢,代码如下:
1 //main.cpp 2 #include <stdio.h> 3 #include "method.h" 4 int main() { 5 //模板方法 6 int num1 = 1, num2 = 2; 7 swap<int>(num1, num2); 8 printf("num1:%d, num2:%d\n", num1, num2); 9 return 0;10 }
可以注意到,我将函数模板的声明和定义都放在了头文件中,一般来说,函数的声明放在头文件,其定义通常是放在源文件中的,这样在包含头文件时,可以有效避免出现重定义error。但模板的使用,需要实例化,而当实例化一个模板时,编译器必须看到模板确切的定义,而不仅仅是它的声明。(这一部分更多的解释可参考http://blog.csdn.net/lichengyu/article/details/6792135)
二、类模板
考虑我们写一个简单的栈的类,这个栈可以支持int类型,long类型,string类型等等,不利用类模板,我们就要写三个以上的stack类,其中代码基本一样,通过类模板,我们可以定义一个简单的栈模板,再根据需要实例化为int栈,long栈,string栈。
1 //stack.h 2 #pragma once 3 template<class T> class Stack { 4 public: 5 Stack(); 6 ~Stack(); 7 void push(T t); 8 T pop(); 9 bool isEmpty();10 private:11 T* m_pT;12 int m_maxSize;13 int m_size;14 };15 16 //同样,也把类模板中函数的定义写在.h文件中17 18 //Define of Construct19 template<class T> Stack<T>::Stack()20 {21 m_maxSize = 100;22 m_size = 0;23 m_pT = new T[m_maxSize];24 }25 26 //Define of Destructor27 template<class T> Stack<T>::~Stack()28 {29 delete[] m_pT;30 }31 32 //Define of push()33 template<class T> void Stack<T>::push(T t)34 {35 m_size++;36 m_pT[m_size - 1] = t;//数组下标从0开始37 }38 39 //Define of pop()40 template<class T> T Stack<T>::pop()41 {42 T t = m_pT[m_size - 1];43 m_size--;44 return t;45 }46 47 //Define of isEmpty();48 template<class T> bool Stack<T>::isEmpty()49 {50 return m_size == 0;51 }
上述定义了一个类模板--栈,这个栈很简单,只是为了说明类模板如何使用而已,最多只支持100个元素入栈,使用示例如下:
1 #include <stdio.h> 2 #include "stack.h" 3 4 int main() 5 { 6 Stack<int> intStack; 7 intStack.push(1); 8 intStack.push(2); 9 intStack.push(3);10 11 while (!intStack.isEmpty())12 {13 printf("num:%d\n", intStack.pop());14 }15 return 0;16 17 }18 //num:319 //num:220 //num:1
三、模板参数
模板可以有类型参数,也可以有非类型参数(即内置类型参数),也可以有模板参数。
上述类模板的栈有一个限制,就是最多只能支持100个元素,我们可以使用模板参数配置这个栈的最大元素数,如果不配置,就设置默认最大值为100,代码如下:
1 //stack.h 2 #pragma once 3 //模板参数中使用内置的类型参数int,增加栈的最大容纳元素数 4 template<class T,int maxsize=100> class Stack { 5 public: 6 Stack(); 7 ~Stack(); 8 void push(T t); 9 T pop();10 bool isEmpty();11 private:12 T* m_pT;13 int m_maxSize;14 int m_size;15 };16 17 //同样,也把类模板中函数的定义写在.h文件中18 19 //Define of Construct20 template<class T,int maxsize> Stack<T,maxsize>::Stack() //注意Stack<T,maxsize>中maxsize不要漏了21 {22 m_maxSize =maxsize;23 m_size = 0;24 m_pT = new T[m_maxSize];25 }26 27 //Define of Destructor28 template<class T,int maxsize> Stack<T,maxsize>::~Stack()29 {30 delete[] m_pT;31 }32 33 //Define of push()34 template<class T,int maxsize> void Stack<T,maxsize>::push(T t)35 {36 m_size++;//增加元素的个数37 m_pT[m_size - 1] = t;//入栈,因为数组下标从0开始,所以-138 }39 40 //Define of pop()41 template<class T,int maxsize> T Stack<T,maxsize>::pop()42 {43 T t = m_pT[m_size - 1];44 m_size--;45 return t;46 }47 48 //Define of isEmpty();49 template<class T,int maxsize> bool Stack<T,maxsize>::isEmpty()50 {51 return m_size == 0;52 }
使用示例如下:
1 #include <stdio.h> 2 #include "stack.h" 3 4 int main() 5 { 6 const int maxsize = 1024; 7 Stack<int,1024> intStack; 8 for (int i = 0; i < maxsize; i++) 9 intStack.push(i);10 11 while (!intStack.isEmpty())12 {13 printf("num:%d\n", intStack.pop());14 }15 return 0;16 17 }18 //num:102319 //num:102220 //num:102121 //...22 //...23 //num:0
注:上述代码中template<class T,int maxsize=100> class Stack{};中int maxsize就是非类型的模板参数。有以下几点需要注意的:
1、非类型参数在模板定义的内部是常量值,也就是说非类型参数在模板的内部是常量;
2、非类型模板的参数只能是整型,指针和引用,像double,String,String **这样的类型是不允许的。但是double &,double *,对象的引用或指针是正确的;
3、调用非类型模板形参的实参必须是一个常量表达式,即它必须能在编译时计算出结果;
4、任何局部对象,局部变量,局部对象的地址,局部变量的地址都不是一个常量表达式,都不能用作非类型模板形参的实参。全局指针类型,全局变量,全局对象也不是一个常量表达式,不能用作非类型模板形参的实参。
5、全局变量的地址或引用,全局对象的地址或引用const类型变量是常量表达式,可以用作非类型模板形参的实参;
6、sizeof表达式的结果是一个常量表达死,也能用作非类型模板形参的实参。
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