【C++】：模板初阶和STL简介

目录

• 一，泛型编程
• 二，函数模板
• • 2.1 函数模板概念
  • 2.2 函数模板格式
  • 2.3 函数模板的原理
  • 2.4 函数模板的实例化
  • 2.5 模板参数的匹配原则
  • 三，类模板
  • • 3.1 类模板的定义格式
    • 3.2 类模板的实例化
    • 四，STL简介（了解）
    • • 4.1 什么是STL
      • 4.2 STL的版本
      • 4.3 STL的六大组件

        一，泛型编程

        在C语言中如何实现一个通用的交换函数呢？

        void Swap(int& left, int& right){ int temp = left; left = right; right = temp;} void Swap(double& left, double& right){ double temp = left; left = right; right = temp;}

        使用函数重载虽然可以实现，但是有一下几个不好的地方：

        1.重载的函数仅仅是类型不同，代码复用率比较低，只要有新类型出现时，就需要用户自己增加对应的函数。

        2.代码的可维护性比较低，一个出错可能所有的重载均出错。

        那能否告诉编译器一个模子，让编译器根据不同的类型利用该模子来生成代码呢？

        泛型编程：编写与类型无关的通用代码，是代码复用的一种手段。模板是泛型编程的基础。

        二，函数模板

        2.1 函数模板概念

        函数模板代表了一个函数家族，该函数模板与类型无关，在使用时被参数化，根据实参类型产生函数的特定类型版本。

        2.2 函数模板格式

        template返回值类型 函数名(参数列表){}

        使用方法如下：

        template //templatevoid Swap( T& left, T& right){ T temp = left; left = right; right = temp;}

        注意：

        • typename是用来定义模板参数关键字，也可以使用class(切记：不能使用struct代替class)

          2.3 函数模板的原理

          函数模板是一个蓝图，它本身并不是函数，是编译器用使用方式产生特定具体类型函数的模具。所以其实模板就是将本来应该我们做的重复的事情交给了编译器。

          在编译器编译阶段，对于模板函数的使用，编译器需要根据传入的实参类型来推演生成对应类型的函数以供

          调用。

          2.4 函数模板的实例化

          用不同类型的参数使用函数模板时，称为函数模板的实例化。模板参数实例化分为：隐式实例化和显式实例化。

          1.隐式实例化：让编译器根据实参推演模板参数的实际类型。

          templateT Add(const T& left, const T& right){     return left + right;} int main(){ int a1 = 10, a2 = 20; double d1 = 10.0, d2 = 20.0;  //隐式实例化 Add(a1, a2); Add(d1, d2); Add(a1, d2);//err 推演失败 // 此时有两种处理方式：//1. 用户自己来强制转化 //2. 使用显式实例化Add(a1, (int)d2);//OK  return 0; }

          2.显式实例化：在函数名后的中指定模板参数的实际类型。

          int main(){ int a = 10; double b = 20.0;  // 显式实例化 Add(a, b);  return 0;}

          2.5 模板参数的匹配原则

          1.一个非模板函数可以和一个同名的函数模板同时存在，而且该函数模板还可以被实例化为这个非模板函数。

          // 专门处理int的加法函数int Add(int left, int right){    return left + right;} // 通用加法函数templateT Add(T left, T right){    return left + right;} void Test(){ Add(1, 2); // 与非模板函数匹配，编译器不需要特化 Add(1, 2); // 调用编译器特化的Add版本}

          2.对于非模板函数和同名函数模板，如果其他条件都相同，在调动时会优先调用非模板函数而不会从该模板产生出一个实例。如果模板可以产生一个具有更好匹配的函数， 那么将选择模板。

          // 专门处理int的加法函数int Add(int left, int right){    return left + right;}// 通用加法函数templateT1 Add(T1 left, T2 right){ return left + right;} void Test(){    Add(1, 2); // 与非函数模板类型完全匹配，不需要函数模板实例化    Add(1, 2.0); // 模板函数可以生成更加匹配的版本，编译器根据实参生成更加匹配的Add函数}

          三，类模板

          3.1 类模板的定义格式

          template class 类模板名{ // 类内成员定义};

          下面拿顺序表来举例：

          // 动态顺序表// 注意：Vector不是具体的类，是编译器根据被实例化的类型生成具体类的模具templateclass Vector{public:Vector(size_t capacity = 10): _pData(new T[capacity]), _size(0), _capacity(capacity){}// 使用析构函数演示：在类中声明，在类外定义。~Vector();void PushBack(const T& data);void PopBack();// ...size_t Size() { return _size; }T& operator[](size_t pos){assert(pos  
          3.2 类模板的实例化
           
          类模板实例化与函数模板实例化不同，类模板实例化需要在类模板名字后跟，然后将实例化的类型放在中即可，类模板名字不是真正的类，而实例化的结果才是真正的类。
           
          // Vector类名，Vector才是类型 Vector s1; Vector s2;
           
          四，STL简介（了解）
           
          4.1 什么是STL
           
          STL(standard template libaray-标准模板库)：是C++标准库的重要组成部分，不仅是一个可复用的组件库，而且是一个包罗数据结构与算法的软件框架。
           
          4.2 STL的版本
           

          • 原始版本

            Alexander Stepanov、Meng Lee 在惠普实验室完成的原始版本，本着开源精神，他们声明允许任何人任意运用、拷贝、修改、传播、商业使用这些代码，无需付费。唯一的条件就是也需要向原始版本一样做开源使用。 HP 版本–所有STL实现版本的始祖。

          • P. J. 版本

            由P. J. Plauger开发，继承自HP版本，被Windows Visual C++采用，不能公开或修改，缺陷：可读性比较低，符号命名比较怪异。

          • RW版本

            由Rouge Wage公司开发，继承自HP版本，被C+ + Builder 采用，不能公开或修改，可读性一般。

          • SGI版本

            由Silicon Graphics Computer Systems，Inc公司开发，继承自HP版 本。被GCC(Linux)采用，可移植性好，可公开、修改甚至贩卖，从命名风格和编程 风格上看，阅读性非常高。我们后面学习STL要阅读部分源代码，主要参考的就是这个版本。

            4.3 STL的六大组件