C++中Template函數模板的示例分析

這篇文章給大家分享的是有關C++中Template函數模板的示例分析的內容。小編覺得挺實用的，因此分享給大家做個參考，一起跟隨小編過來看看吧。

為什么要有泛型編程

C++是一門強類型語言，所以無法做到像動態語言（python javascript）那樣子，編寫一段通用的邏輯，可以把任意類型的變量傳進去處理。泛型編程彌補了這個缺點，通過把通用邏輯設計為模板，擺脫了類型的限制，提供了繼承機制以外的另一種抽象機制，極大地提升了代碼的可重用性。

注意：模板定義本身不參與編譯，而是編譯器根據模板的用戶使用模板時提供的類型參數生成代碼，再進行編譯，這一過程被稱為模板實例化。用戶提供不同的類型參數，就會實例化出不同的代碼。

函數模板定義

把處理不同類型的公共邏輯抽象成函數，就得到了函數模板。

函數模板可以聲明為inline或者constexpr的，將它們放在template之后，返回值之前即可。

普通函數模板

下面定義了一個名叫compare的函數模板，支持多種類型的通用比較邏輯。

template<typename T>
int compare(const T& left, const T& right) {
  if (left < right) {
    return -1; 
  }
  if (right < left) {
    return 1; 
  }
  return 0;
}

compare<int>(1, 2); //使用模板函數

成員函數模板

不僅普通函數可以定義為模板，類的成員函數也可以定義為模板。

class Printer {
public:
  template<typename T>
  void print(const T& t) {
    cout << t <<endl;
  }
};

Printer p;
p.print<const char*>("abc"); //打印abc

為什么成員函數模板不能是虛函數(virtual)？

這是因為c++ compiler在parse一個類的時候就要確定vtable的大小，如果允許一個虛函數是模板函數，那么compiler就需要在parse這個類之前掃描所有的代碼，找出這個模板成員函數的調用（實例化），然后才能確定vtable的大小，而顯然這是不可行的，除非改變當前compiler的工作機制。

實參推斷

為了方便使用，除了直接為函數模板指定類型參數之外，我們還可以讓編譯器從傳遞給函數的實參推斷類型參數，這一功能被稱為模板實參推斷。

如何使用

compare(1, 2); //推斷T的類型為int
compare(1.0, 2.0); //推斷T的類型為double
p.print("abc"); //推斷T的類型為const char*

有意思的是，還可以通過把函數模板賦值給一個指定類型的函數指針，讓編譯器根據這個指針的類型，對模板實參進行推斷。

int (*pf) (const int&, const int&) = compare; //推斷T的類型為int

當返回值類型也是參數時

當一個模板函數的返回值類型需要用另外一個模板參數表示時，你無法利用實參推斷獲取全部的類型參數，這時有兩種解決辦法：

返回值類型與參數類型完全無關，那么就需要顯示的指定返回值類型，其他的類型交給實參推斷。

注意：此行為與函數的默認實參相同，我們必須從左向右逐一指定。

template<typename T1, typename T2, typename T3>
T1 sum(T2 v2, T3 v3) {
 return static_cast<T1>(v2 + v3);
}

auto ret = sum<long>(1L, 23); //指定T1, T2和T3交由編譯器來推斷

template<typename T1, typename T2, typename T3>
T3 sum_alternative(T1 v1, T2 v2) {
 return static_cast<T1>(v1 + v2);
}
auto ret = sum_alternative<long>(1L, 23); //error，只能從左向右逐一指定
auto ret = sum_alternative<long,int,long>(1L,23); //ok, 誰叫你把最后一個T3作為返回類型的呢？

返回值類型可以從參數類型中獲得，那么把函數寫成尾置返回類型的形式，就可以愉快的使用實參推斷了。

template<typename It>
auto sum(It beg, It end) -> decltype(*beg) {
 decltype(*beg) ret = *beg;
 for (It it = beg+1; it != end; it++) {
   ret = ret + *it;
 }
 return ret;
}

vector<int> v = {1, 2, 3, 4};
auto s = sum(v.begin(), v.end()); //s = 10

實參推斷時的自動類型轉換

編譯器進行模板實參推斷時通常不會對實參進行類型轉換，只有以下幾種情況例外：

1. 普通對象賦值給const引用 int a = 0; -> const T&

2. 數組名轉換為頭指針 int a[10] = {0}; -> T*

3. 函數名轉換為函數指針 void func(int a){...} -> T*
   

 函數模板重載

函數模板之間，函數模板與普通函數之間可以重載。編譯器會根據調用時提供的函數參數，調用能夠處理這一類型的最特殊的版本。在特殊性上，一般按照如下順序考慮：

1. 普通函數

2. 特殊模板（限定了T的形式的，指針、引用、容器等）

3. 普通模板（對T沒有任何限制的）

對于如何判斷某個模板更加特殊，原則如下：如果模板B的所有實例都可以實例化模板A，而反過來則不行，那么B就比A特殊。

template<typename T>
void func(T& t) { //通用模板函數
  cout << "In generic version template " << t << endl;
}

template<typename T>
void func(T* t) { //指針版本
  cout << "In pointer version template "<< *t << endl;
}

void func(string* s) { //普通函數
  cout << "In normal function " << *s << endl;
}

int i = 10;
func(i); //調用通用版本，其他函數或者無法實例化或者不匹配
func(&i); //調用指針版本，通用版本雖然也可以用，但是編譯器選擇最特殊的版本
string s = "abc";
func(&s); //調用普通函數，通用版本和特殊版本雖然也都可以用，但是編譯器選擇最特化的版本
func<>(&s); //調用指針版本，通過<>告訴編譯器我們需要用template而不是普通函數

模板函數特化

有時通用的函數模板不能解決個別類型的問題，我們必須對此進行定制，這就是函數模板的特化。函數模板的特化必須把所有的模版參數全部指定。

template<>
void func(int i) {
  cout << "In special version for int "<< i << endl; 
}

int i = 10;
func(i); //調用特化版本

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