C++学习之函数模板的使用详解

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C++函数模板

template<typename T>
void Swap(T &a ,T &b)
{
    T temp;
    temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

在使用模板函数时，编译器根据实际的类型生成相应的函数定义。

重载的模板

并非所有的类型都使用相同的算法，可以像重载常规函数那样重载模板函数定义。

template<typename T>
void Swap(T &a ,T &b); //#1

template<typename T>
void Swap(T *a ,T *b,int n);//#2 最后一个参数是具体类型

int main()
{
    int i =10,j=20;
    Swap(i,j);//使用#1
    
    const int Lim = 8;
    int d1[Lim]={0,1,2,3,4,5,6,7};
    int d2[Lim]={7,6,5,4,3,2,1,0};
    Swap(d1,d2,Lim);//使用#2
}
template<typename T>
void Swap(T &a ,T &b)
{
    T temp;
    temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

template<typename T>
void Swap(T *a ,T *b,int n)
{
    T temp;
    for(int i=0;i<n;i++)
    {
        temp =a[i];
        a[i]=b[i];
        b[i]=temp;
    }
}

模板局限性

某些时候，类型T的相应操作只适用于数组，如果T为结构体则模板函数便不成立

同样，如if(a>b)，如果T为结构，则>便不成立

解决方案：

重载运算符号为特定类型提供具体化模板定义

显示具体化

当编译器找到与函数调用匹配的具体化定义时，将使用该定义，不再寻找模板。

对于给定的函数名，可以有非模板函数、模板函数和显示具体化模板函数以及各自的重载版本。显示具体化的原型和定义以template<>开头，并通过名称来指出类型调用顺序是：非模板函数>具体化模板函数>模板函数

void Swap(job& ,job&);

template <typename T>
void Swap(T&,T&);

template<> void Swap<job>(job& ,job&);//显示具体化
//Swap<job>中<job>是可选的，因为函数的参数类型表明，这是job的一个具体化，所以也可以这样写：
template<> void Swap(job& ,job&);

实例化和具体化

注意：函数模板并不会生成函数定义，他只是生成一个用于生成函数定义的方案，编译器使用模板为特定的类型生成函数定义时，得到的是模板实例。

template<typename T>
void Swap(T &a ,T &b);

int a =10,b=20;
Swap(a,b);//因为提供了int类型的参数，所以自动生成了int类型的模板实例。这样是==隐式实例化==
//也可以直接命令编译器创建特定的实例
//显示实例化
template void Swap<int>(int &,int &);//使用Swap()模板生成int类型的函数定义

//显示具体化
template<> void Swap<int>(int& ,int&);
template<> void Swap(int& ,int&);
//区别在于：具体化是不使用Swap()模板函数生成函数定义，而是使用专门为int类型显示定义的函数定义
//简单的理解，具体化是对函数的声明，而实例化是对模板函数的使用

template<typename T>
T Add(T a,T b)
{
    return a+b;
}

int m=6;
double x=10.5;
Add<double>(x,m); //与Add(x,m)不匹配，因为一个是int一个是double
				  //通过Add<double>实例化，可强制将m转为double

//但是同样的对Swap便不能成功，因为Swap中使用的是引用类型
Swap<double>(m,x);//double& 不能指向int

//使用案例
template <typename T>
void Swap(T &,T &);

template<> void Swap<job>(job&,job&);//具体化
int mian()
{
    template void Swap<char>(char& ,char&);
    
    short a,b;
    Swap(a,b);//隐式实例化
    
    job n,m;
    Swap(n,m);//显示具体化
    
    char g,h;
    Swap(g,h);//显示实例化
}

模板函数类型的确定

template<class T1,class T2>
void fun(T1 x,T2 y)
{
    ?type? s=x+y; //因为是模板函数，此时?type?类型不确定
}

C++11增加decltype关键字

template<class T1,class T2>
void fun(T1 x,T2 y)
{
    decltype(x+y) s=x+y; //s类型与x+y的类型一致
}

使用decltype(expression) var 的步骤：

1.如果expression没有用括号括起来，则var与expression类型相同，包括const等限定符

double x =5.5;
double& z =x;
const double* pd;
decltype(x) w; //w为double类型
decltype(z) u; //u为double& 类型
decltype(pd) v; //v为const double* 类型

2.如果expression是一个函数调用，则var与返回值类型相同。并不会实际调用函数，编译器通过查看原型来确定返回值类型

3.如果expression是一个左值，则var为指向其类型的引用。常见的情况如下：

double x = 4.5;
decltype((x)) r = x;//r是double&类型
decltype(x) r = x;//r是double类型

//括号不会改变expression的值和左值性
//可理解为加括号仅仅是decltype声明引用的一种方式

4.如果前3条都不满足，则var与expression类型相同

int j=3;
int &k=j;
int &n=j;

decltype(j+6) x; //x是int
decltype(k+n) y;//y是int ，虽然k和n是引用，但是k+n不是引用是2个int的和

如果多次声明，可以结合typedef和decltype

typedef decltype(x+y) xytype;
xytype z = x+y;
xytype arr[10];

但是某些需定义返回值类型的函数模板任然不能得到解决，如：

template<class T1,class T2>
?type? fun(T1 x,T2 y) //此时无法确定类型
{
    return x+y;
}

C++新增语法auto h(int x,float y) -> double,这称为后置返回类型，auto是一个占位符

template<class T1,class T2>
auto fun(T1 x,T2 y)->decltype(x+y) //后置类型使用decltype
{
    return x+y;
}

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