C/C++：06. 模板

前言

C++的模板是被迫推出的，最直接的动力来源于对数据结构的封装。数据结构关乎的是数据的存储，以及存储后如何进行增加、删除、修改和查询操作，在实际开发中有着非常广泛的应用。C++开发者们希望为线性表、链表、图、树等常见的数据结构都定义一个类，并把它们加入到标准库中，这样以后程序员就不用重复造轮子了，直接拿来就可以使用。

一、函数模板

所谓函数模板，实际上是建立一个通用函数，它所用到的数据的类型（包括返回值类型、形参类型、局部变量类型）可以不具体指定，而是用一个虚拟的类型来代替（实际上是用一个标识符来占位），等发生函数调用时再根据传入的实参来逆推出真正的类型。这个通用函数就称为函数模板（Function Template）。
一但定义了函数模板，就可以将类型参数用于函数定义和函数声明了。说得直白一点，原来使用 int、float、char 等内置类型的地方，都可以用类型参数来代替。

#include <iostream>
using namespace std;
template<typename T> void Swap(T *a, T *b){
    T temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}
int main(){
    //交换 int 变量的值
    int n1 = 100, n2 = 200;
    Swap(&n1, &n2);
    cout<<n1<<", "<<n2<<endl;
   
    //交换 float 变量的值
    float f1 = 12.5, f2 = 56.93;
    Swap(&f1, &f2);
    cout<<f1<<", "<<f2<<endl;
    return 0;
}

二、类模板

C++除了支持函数模板，还支持类模板（class Template），目的同样是为了将数据的类型格式化。声明类模板的语法如下：

// 这里的参数类型不能为空
template<typename T1, typename T2,...>
class 类名{
// TODO;
};

一旦使用了类模板， 原来使用int，float，char等内置类型的地方，都可以用类型参数来替代。

• 类的定义：

template<typename T1, typename T2>  //这里不能有分号
class Point{
public:
    Point(T1 x, T2 y): m_x(x), m_y(y){ }
public:
    T1 getX() const;  //获取x坐标
    void setX(T1 x);  //设置x坐标
    T2 getY() const;  //获取y坐标
    void setY(T2 y);  //设置y坐标
private:
    T1 m_x;  //x坐标
    T2 m_y;  //y坐标
};

• 成员函数的定义

template<typename T1, typename T2>  //模板头 必须要带着
T1 Point<T1, T2>::getX() const /*函数头 必须包含参数类型*/ {
    return m_x;
}

template<typename T1, typename T2>
void Point<T1, T2>::setX(T1 x){
    m_x = x;
}

template<typename T1, typename T2>
T2 Point<T1, T2>::getY() const{
    return m_y;
}

template<typename T1, typename T2>
void Point<T1, T2>::setY(T2 y){
    m_y = y;
}

• 使用类模板创建对象

Point<int, int> p1(10, 20);
Point<int, float> p2(10, 15.5);
Point<float, char*> p3(12.4, "东经180度");

Point<float, float> *p1 = new Point<float, float>(10.6, 109.3);
Point<char*, char*> *p = new Point<char*, char*>("东经180度", "北纬210度");

三、函数模板重载

问题：数组可以模板化吗？
如果传递进去的是一个数组指针，可以用模板类型的方式遍历数组中的每一个元素吗？答案是不行的，因为遍历数组中的每一个值需要知道数组的长度。
如下来交换两个数组：

#include <iostream>
using namespace std;
template<class T> void Swap(T &a, T &b);  //模板①：交换基本类型的值
template<typename T> void Swap(T a[], T b[], int len);  //模板②：交换两个数组
void printArray(int arr[], int len);  //打印数组元素
int main(){
    //交换基本类型的值
    int m = 10, n = 99;
    Swap(m, n);  //匹配模板①
    cout<<m<<", "<<n<<endl;
    //交换两个数组
    int a[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    int b[5] = { 10, 20, 30, 40, 50 };
    int len = sizeof(a) / sizeof(int);  //数组长度
    Swap(a, b, len);  //匹配模板②
    printArray(a, len);
    printArray(b, len);
    return 0;
}
template<class T> void Swap(T &a, T &b){
    T temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}
template<typename T> void Swap(T a[], T b[], int len){
    T temp;
    for(int i=0; i<len; i++){
        temp = a[i];
        a[i] = b[i];
        b[i] = temp;
    }
}
void printArray(int arr[], int len){
    for(int i=0; i<len; i++){
        if(i == len-1){
            cout<<arr[i]<<endl;
        }else{
            cout<<arr[i]<<", ";
        }
    }
}

总结