《C++高级编程》之--利用模板编写通用代码

第一部分、利用模板编写通用代码

   

    本文章基址：http://blog.csdn.net/cugxueyu/archive/2007/12/07/1922459.aspx

   

    1、C++支持通用程序设计（编写可重用的代码），工具：模板

 

    2、模板概述

①、函数是对值得参数化方式。

②、模板扩展了参数化的概念，使用模板可以对数据类型以及值参数化。使用模板编写的代码可以独立于传递给代码的值，而且独立于这些值得数据类型。

③、C++标准模板库是用模板建立的，要充分利用C++标准模板库，就必须懂得模板的基础知识。

 

   3、类模板（class template）

①、类模板主要是用作存储对象的容器和数据结构，来表现类模板更通用的本质。

②、采用模板可以在不指定数据类型的情况下编写类，这样一来，客户代码可以指定自己需要的数据类型来实例化模板。

③、类模板定义说明…

    I、template <typename T> (注：蓝色为C++关键字，以后的学习中，默认表示)。

       对数据类型的参数化表现。

    II、Grid（const Grid<T>& src）

    III、void setElementAt(int x, int y, const T& inElem);

 

④、模板类的方法定义：必须以template <typename T>开始。模板可以指定任何类型，如：指针类型，类，基本类型，甚至可以是另一个模板类型。

    Grid<vector<int>　> ※必须在两个相邻的尖括号之间留一个空格，防止和IO流的>>冲突。

    在栈上动态的分配Grid模板也是可以的：Grid<int>* myGrid = new Grid<int>();

4、编译器如何处理模板

 ①、选择性实例化

   在为多种不同的数据类型实例化模板时，由于编译器会给每种数据类型都生成一个模板代码的副本，所以为多种不同的数据类型实例化模板可能导致代码膨胀，使用模板时，最后可能得到极其庞大的可执行文件。不过编译器只会针对特定类型实际调用的类方法生成代码，所以这个问题有所缓解。

 ②、类型方面的模板要求

   在编写独立于类型的代码时，必须对这些类型做一定的假设。如果要使用某种数据类型对模板实例化，而对于特定程序的模板来说，该数据类型并不支持模板中定义的全部操作，则代码不能编译成功。然而，即使要使用的数据类型不支持模板代码所需的全部操作，也可以采用选择性实例化来使用其中的一部分方法。

 

5、模板代码在文件之间的分布

 可以采用一下机制来实现模板文件的包含：

①、在头文件中定义模板

   模板方法定义放在一个单独的头文件中，并在类定义所在的头文件中用#include包含这个头文件，但是要确保包含方法定义的#include语句在类定义的后面，否则代码不能编译。

    例：

    //Grid.h

    Template <typename T>

    Class Grid

    {

           //Class definition omitted for brevity

    }

    #include “GridFunctionDef.h”

  

②、在原文件中定义模板(推荐)

  可以把方法的定义放到源文件中，但是仍然需要保证该方法定义对于使用模板的代码是可用的。为此，可以在模板类定义头文件中用#include包含方法实现源文件。

   C++标准实际定义了一种方法，可以把模板方法定义放在源文件中，而不需要通过#include包含在头文件中。这个关键字是[export].但是很多的编译器还不支持。

6、模板参数

   在编写类模板时，要用尖括号指定参数列表，如：

   template <typename T>，可比编写多个模板参数的类。

①、无类型模板参数template <typename T, int W, int H>

  模板允许无类型参数取“简单”类型的值：int、enum、指针，引用。

   在模板列表指定无类型参数的主要优点：代码在编译之前就知道参数的值了。

②、Grid<typename T, int W, int H>::函数名。。。

③、Grid<int, 10, height(非常量)> //does not compile…

    const int height ---编译OK。  

   无类型模板参数变成了实例化对象类型规范的一部分。

 

④、整数无类型参数的默认值

 template <typename T, int W = 10, int H = 10>

 但是，并不需要在方法定义的模板规范中为W、H指定默认值。

 例：template <typename T, int W, int H>

      void Grid<T, W, H>::setElement(int x, int y, const T& inElem) { }

 

7、方法模板（很多的编译器并没有实现。）

  C++允许对类的单个方法进行模板化。这个方法可以放在类模板中，也可以放在非类模板中。方法模板对于类模板中的赋值操作符和复制构造函数用处较大。

  不能模板化虚函数和析构函数。

  可以在类Grid增加赋值构造函数和operator=的模板化版本，从而可以由一种类型转换到另一种类型。

    模板化构造函数签名：templae <typename E>

                        Grid(const Grid<E>& src);

    模板构造函数的定义：temlate <typename T>

                                       temlate <typename E>

            Grid<T>::Grid(const Grid<E>& src)

    可以看到，在声明成员模板的代码行（E）之前，必须有声明类模板的代码行（T）。

 

8、模板类的特殊化

   可以为特定类型提供其他的类模板实现，在特殊化模板类时，必须指定它是个模板，而且要指定你正在为这个特定类型编写模板。

   template <>

   class Grid<char*> { }

   <char*>的特殊化方法实现，不同于原来的模板定义，在此每个方法或静态方法定义之前不用重复写上template<>。

   例：Grid<char*>::Grid(int W, int H);

 

9、从模板类派生子类

   可以编写模板类的子类。

  如果子类从模板本身继承，它必须也是模板。或者，可以编写从模板类特定实例化继承的子类。

   例：template <typename T>

       class GameBoard : public Grid<T> { class def };

   GameBoard模板实际上并不是从通用Grid模板派生的子类，更合适的说法应该是，GameBoard模板针对特定类型的各个实例化是派生自Grid模板针对该类型实例化的子类。

 

10、模板继承和模板特殊化

   要采用继承来扩展实现以及实现多态性，而使用特殊化为特定类型建立定制实现。

 ①、继承

    重用代码：子类包含了超类的所有数据成员和方法。

    重用名字：子类名必须不同于超类名。

    支持多态性：子类的对象可以代替超类的对象。

 ②、特殊化

    重用代码：在特殊化中必须重写所有的代码。

    重用名字：特殊化必须使用与原模板相同的名字。

    支持多态性：模板针对一种类型的每个实例化都是一个不同的类型。

 

11、函数模板

   除了编写类模板和类方法模板之外，也可以为独立的函数编写模板。

   例：template <typename T>

       int find_index(T& value, T* arr, int size) { code }

   调用该函数有两个方法：用尖括号明确指定类型。或者省略类型，让编译器自己根据实参来推导参数是什么类型。

   例：find_index<int>(x, arr, 6) 或 find_index(x,arr, 8);

   象类模板一样，函数模板也可以使用无类型参数。

 

12、函数模板的特殊化

   就像特殊化类模板一样，也可以特殊化函数模板。

   例：template<>

       int find_index<char*>(char*&value, char** arr, int size) { code }

 

13、函数模板的重载

   也可以使用非模板函数来重载模板函数。

   与模板化函数相比，编译器更喜欢非模板化函数，但是，如果明确指定了模板实例化，编译器会被迫使用模板。

 

14、类模板的友元函数模板

15、高级模板

   实际上有三类模板参数：类型模板参数，无类型模板参数和模板模板参数。

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