第9章 模板

实例化过程
1 函数模板
• 函数模板的定义 • 函数,6);
函数模板调用 min1(da,5);
第一步：模板参数实例化 第二步： 函数调用 绑定 函数模板定义 Template <class Type> Type min1(Type array[], int size){…}
2 类模板 3 模板编译模式 4 模板和代码复用 5 小结

在上面三步中如果都没有找到匹配的 函数，则出现无可调用函数的错误。 如果某一步出现了多个匹配的函数， 则引起二义性错误。
9.2 类模板

1 函数模板
2 类模板 3 模板编译模式 4 模板和代码复用 5 小结
假设我们想定义一个类来支持队列 的机制。队列是一种用于对象集合 的数据结构，对象被加入到队列的 尾部，而从队列的顶部被删除，称 为先进先出（FIFO）。我们设计的 队列支持下面的操作：
在队列尾加入一个元素； 从队列首删除一个元素； 判断队列是否为空； 判断队列是否已满。
问题
1 函数模板
2 类模板 3 模板编译模式 4 模板和代码复用 5 小结
这个队列类可能如下定义： class Queue{ public: Queue(); ~Queue(); Type& remove(); //删除元素 void add(const Type&);//加入元素 bool is_empty(); //判断是否空 bool is_full(); //判断是否满 }; 现在的问题是，对于Type，我们应该使用 什么类型？如果我们选择int来代替Type， 那么这个Queue类就只能处理int型的对象。 如果想用队列处理另一种类型的数据，例 如double、string或者用户自定义的对象， 应该怎么办？
max()函数模板的定义

1 函数模板
• 函数模板的定义 • 函数模板的实例化 • 函数模板的重载
2 类模板 3 模板编译模式 4 模板和代码复用 5 小结
下面是max()函数模板的定义： 模板参数表 template < class Type> Type max( Type a, Type b ){ return a > b ? a : b ; }

普通函数/模板函数:重载解析步骤

1 函数模板
• 函数模板的定义 • 函数模板的实例化 • 函数模板的重载
对于一个函数调用，考虑普通函数和 模板函数的函数重载解析步骤如下：
寻找一个参数完全匹配的非模板函数，若 找到，则调用该函数； 寻找一个函数模板，将其实例化为一个完 全匹配的函数，若找到，则调用； 只考虑重载函数集中的普通函数，按照第 4章的重载解析过程选择可调用的函数， 若找到，则调用。
2 类模板 3 模板编译模式 4 模板和代码复用 5 小结
Type=>int
Type=>double
函数实例 int min1(int array[], int size) {…}
函数实例 double min1(double array[], int size) {…}
模板实参推演
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第9章 模板
主要内容
1 9.1 函数模板 2 9.2 类模板 3 9.3 模板编译模式 4 9.4 模板和代码复用
5 9.5 小结
9.1 函数模板
1 函数模板
2 类模板
3 模板编译模式 4 模板和代码复用 5 小结
C++是一种强类型的语言，这对实现某些简 单的函数似乎是个障碍。例如下面的max() 函数，虽然算法很简单，但C++要求我们为 所有要比较的类型都提供一个实现： int max( int a, int b ) { return a > b ? a : b ;} double max( double a, double b ) { return a > b ? a : b ;} 这要求对不同的数据类型重复书写几乎相同 的代码。虽然“Copy&Paste”的编辑功能可 以减少我们的工作量，但是会造成代码的重 复和冗余。而且这种方法还有一个缺点：如 果算法本身有所改变，那么对处理所有数据 类型的算法代码都要一一进行修改。
编译器对函数模板进行实例化

1 函数模板
• 函数模板的定义 • 函数模板的实例化 • 函数模板的重载
2 类模板 3 模板编译模式 4 模板和代码复用 5 小结
函数模板本身并不是完整的函数定 义，因为其中的类型信息不完整。 函数模板被调用时编译器对其进行 实例化，生成真正完整的函数定义， 再实施对生成函数的调用。根据模 板调用是的实参不同，一个函数模 板可以实例化得到多个不同的函数 定义。
模板实例化何时发生

1 函数模板
• 函数模板的定义 • 函数模板的实例化 • 函数模板的重载
函数模板指定了如何根据一组实际类型或 值构造出独立的函数。这个构造过程被称 为模板实例化。模板实例化是在函数模板 被调用或取地址时隐式发生的。例如下面 对上节min1和min2的使用：
2 类模板 3 模板编译模式 4 模板和代码复用 5 小结

非模板函数重载同名的函数模板
1 函数模板
• 函数模板的定义 • 函数模板的实例化 • 函数模板的重载
2 类模板 3 模板编译模式 4 模板和代码复用 5 小结
经常使用的还有另一种重载方式：用一个 非模板函数重载一个同名的函数模板。例 如，用上面的max()函数模板比较两个C风 格字符串： char* s1 = “abc”; char* s2 = “def”; max( s1, s2 ); 为此，我们可以写一个专门处理字符串比 较的非模板函数，对max()模板进行重载。 char* max( char* a, char* b ){ return ( strcmp(a, b) > 0 ) ? a : b ; } 这样，当参数的类型为char*时，会调用这 个非模板函数进行比较。

9.1 函数模板

1 函数模板
一种替代方法是用预处理器宏，例 如： 这个宏定义虽然对简单的max() 调 用能够正常工作，但宏调用只是简 单的参数替换，和函数调用机制不 同，在表达式——尤其是有副作用 的表达式作参数的情况下，会产生 不正确的结果。 函数模板提供了一种描述通用算法 的机制，它将算法处理的数据类型 参数化，从而可以保留函数定义和 函数调用的语义，又不必绕过C++的 强类型检查。

通常是参数的个数不同
1 函数模板
• 函数模板的定义 • 函数模板的实例化 • 函数模板的重载
2 类模板 3 模板编译模式 4 模板和代码复用 5 小结
函数模板的重载通常是参数的个数 不同，而不是参数类型。例如，下 面的两个声明将指同一个函数模板： template < class T1 > Type max( T1 a, T1 b ){ return a > b ? a : b ; } template < class T2 > Type max( T2 a, T2 b ){ return a > b ? a : b ; }
2 类模板
3 模板编译模式 4 模板和代码复用 5 小结
#define max(a, b) ((a)>(b) ?(a):(b))


9.1.1 函数模板的定义

1 函数模板
• 函数模板的定义 • 函数模板的实例化 • 函数模板的重载
2 类模板 3 模板编译模式 4 模板和代码复用 5 小结
函数模板提供了一个用来自动生成各 种类型函数实例的算法。程序员对于 函数接口（参数和返回类型）中的全 部或者部分类型进行参数化，而函数 体保持不变。如果一个函数的实现对 一组实例都是相同的，并且每个实例 都处理唯一的一种数据类型，例如 max()，那么该函数就可以定义为函 数模板。
int ia[] = {10, 8, 6, 13, 25, 9}; double da[5] = {10.2, 7.1, 23.0, 3.2, 16.4}; int main() { //隐式实例化：Type => int int minia = min1(ia, 6); //隐式实例化：Type => double double minda = min1(da, 5); //隐式实例化：Type => int, size => 6 int mi = min( ia ); //隐式实例化：Type => double, size => 5 double md = min( da ); }

一种解决方法

1 函数模板
2 类模板 3 模板编译模式 4 模板和代码复用 5 小结
一种解决方法是拷贝代码，拷贝整 个Queue 类的实现，并修改它，使 之能够对double类型工作，然后对 下一个类型再拷贝，再修改。而且 由于类名字不能重载，必须为每个 队列类指定不同的名字：IntQueue、 DoubleQueue、StringQueue，等等。 每当需要一个新类时，我们重复这 个拷贝、修改和重命名的过程。这 种过程不仅是无休止的，而且会引 起复杂的维护问题。

显式指定模板实参

1 函数模板
• 函数模板的定义 • 函数模板的实例化 • 函数模板的重载
在使用函数模板时，必须能够通过上下文为一 个模板实参确定一个唯一的类型或值，否则会 产生编译错误。
2 类模板 3 模板编译模式 4 模板和代码复用 5 小结
template<class T1, class T2, class T3> T1 func(T2 arg1, T3 arg2){ /*„*/} template<class T> void goo(T a, T b){ /*„*/ } void main() { int x, y; double d; x = func( y, d ); //Error: goo(x, d);//Error: 二义性：T是int还是double？ } 解决这种问题的方法是显式指定模板实参： x = func< int, int, double >(y,d);//OK,显式指 定 x = func< int >(y, d); //OK，能够推演出T2 T3 goo< double >(d, y); //OK, 对y进行类型转换