如何用函數模板實現和優化抽象操作

這期內容當中小編將會給大家帶來有關如何用函數模板實現和優化抽象操作，文章內容豐富且以專業的角度為大家分析和敘述，閱讀完這篇文章希望大家可以有所收獲。

    在創建完成抽象操作的函數時，如：拷貝，反轉和排序，你必須定義多個版本以便能處理每一種數據類型。以 max() 函數為例，

返回兩個參數中的較大者：

double max(double first, double second);
complex max(complex first, complex second);
date max(date first, date second);

//..該函數的其它版本

　　盡管這個函數針對不同的數據類型其實現都是一樣的，但程序員必須為每一種數據類型定義一個單獨的版本：

double max(double first, double second)
{ 
    return first>second? first : second;
}

complex max(complex first, complex second)
{ 
    return first>second? first : second;
}

date max(date first, date second)
{ 
    return first>second? first : second;
}

　　這樣不但重復勞動，容易出錯，而且還帶來很大的維護和調試工作量。更糟的是，即使你在程序中不使用某個版本，其代碼仍然增加可執行文件的大小，大多數編譯器將不會從可執行文件中刪除未引用的函數。
　　用普通函數來實現抽象操作會迫使你定義多個函數實例，從而招致不小的維護工作和調試開銷。解決辦法是使用函數模板代替普通函數。

使用函數模板
　　函數模板解決了上述所有的問題。類型無關并且只在需要時自動實例化。本文下面將展示如何定義函數模板以便抽象通用操作，示范其使用方法并討論優化技術。

第一步：定義
　　函數模板的聲明是在關鍵字 template 后跟隨一個或多個模板在尖括弧內的參數和原型。與普通函數相對，它通常是在一個轉換單元里聲明，而在另一個單元中定義，你可以在某個頭文件中定義模板。例如：

// file max.h
#ifndef MAX_INCLUDED
#define MAX_INCLUDED
template <class T> T max(T t1, T t2)
{
    return (t1 > t2) ? t1 : t2;
}
#endif

　　<class T> 定義 T 作為模板參數，或者是占位符，當實例化 max()時，它將替代具體的數據類型。max 是函數名，t1和t2是其參數，返回值的類型為 T。你可以像使用普通的函數那樣使用這個 max()。編譯器按照所使用的數據類型自動產生相應的模板特化，或者說是實例：

int n=10,m=16;
int highest = max(n,m); // 產生 int 版本

std::complex<double> c1, c2;
//.. 給 c1,c2 賦值
std::complex<double> higher=max(c1,c2); // complex 版本

第二步：改進設計
　　上述的 max() 的實現還有些土氣——參數t1和t2是用值來傳遞的。對于像 int，float 這樣的內建數據類型來說不是什么問題。但是，對于像std::complex 和 std::sting這樣的用戶定義的數據類型來說，通過引用來傳遞參數會更有效。此外，因為 max() 會認為其參數是不會被改變的，我們應該將 t1和t2聲明為 const （常量）。下面是 max() 的改進版本：

template <class T> T max(const T& t1, const T& t2)
{
    return (t1 > t2) ? t1 : t2;
}

額外的性能問題
　　很幸運，標準模板庫或 STL 已經在 <algorithm> 里定義了一個叫 std::max()的算法。因此，你不必重新發明。讓我們考慮更加現實的例子，即字節排序。眾所周知，TCP/IP 協議在傳輸多字節值時，要求使用 big endian 字節次序。因此，big endian 字節次序也被稱為網絡字節次序（network byte order）。如果目的主機使用 little endian 次序，必須將所有過來的所字節值轉換成 little endian 次序。同樣，在通過 TCP/IP 傳輸多字節值之前，主機必須將它們轉換成網絡字節次序。你的 socket 庫聲明四個函數，它們負責主機字節次序和網絡字節次序之間的轉換：

unsigned int htonl (unsigned int hostlong);
unsigned short htons (unsigned short hostshort);
unsigned int ntohl (unsigned int netlong);
unsigned short ntohs (unsigned short netshort);

　　這些函數實現相同的操作：反轉多字節值的字節。其唯一的差別是方向性以及參數的大小。非常適合模板化。使用一個模板函數來替代這四個函數，我們可以定義一個聰明的模板，它會處理所有這四種情況以及更多種情形：

template <class T> T byte_reverse(T val);

　　為了確定 T 實際的類型，我們使用 sizeof 操作符。此外，我們還使用 STL 的 std::reverse 算法來反轉值的字節：

template <class T> T byte_reverse(T val)
{
    // 將 val 作為字節流
    unsigned char *p=reinterpret_cast<unsigned char*> (&val);
    std::reverse(p, p+sizeof(val));
    return val;
}

使用方法
　　byte_reverse() 模板處理完全適用于所有情況。而且，它還可以不必修改任何代碼而靈活地應用到其它原本（例如：64 位和128位）不支持的類型：

int main()
{
    int n=1;
    short k=1;
    __int64 j=2, i;
    int m=byte_reverse(n);// reverse int
    int z=byte_reverse(k);// reverse short
    k=byte_reverse(k); // un-reverse k
    i=byte_reverse(j); // reverse __int64
}

注：模板使用不當會影響.exe 文件的大小，也就是常見的代碼浮腫問題。

上述就是小編為大家分享的如何用函數模板實現和優化抽象操作了，如果剛好有類似的疑惑，不妨參照上述分析進行理解。如果想知道更多相關知識，歡迎關注億速云行業資訊頻道。