c++模板 与 泛型编程基础

C++模板

泛型编程就是以独立于任何特定类型的方式编写代码，而模板是泛型编程的基础。

（1）定义函数模板（function template）

函数模板是一个独立于类型的函数，可以产生函数的特定类型版本。

// implement strcmp-like generic compare function
template <typename T>
int compare(const T &v1, const T &v2)
{
    if (v1 < v2) return -1;
    if (v2 < v1) return 1;
    return 0;
}

模板形参可以是表示类型的类型形参（type parameter），也可以是表示常量表达式的非类型形参（nontype parameter）。上面程序中的T是类型形参。

// compiler instantiates int compare(const int&, const int&)
cout << compare(1, 0) << endl;
// compiler instantiates int compare(const string&, const string&)
string s1 = “hi”, s2 = “world”;
cout << compare(s1, s2) << endl;

上面的例子中，编译器用int代替T创建第一个版本，用string代替T创建第二个版本。

函数模板也可以声明为inline。

// inline specifier follows template parameter list
template <typename T> inline T min(const T&, const T&);

在定义的类模板中，使用模板形参作为类型或值的占位符，在使用类时再提供具体的类型或值。

template <typename Type> 
class Queue
{
public:
    Queue();
    Type & front();
    const Type & front() const;
    void push(const Type &);
    void pop();
    bool empty() const;
private:
    // …
};

Queue<int> qi; // Queue that holds ints
Queue<string> qs; // Queue that holds strings

类型形参由关键字class或typename后接说明符构成。在函数模板形参表中，二者含义相同。typename其实比class更直观，更清楚的指明后面的名字是一个类型名（包括内置类型），而class很容易让人联想到类声明或类定义。

此外，在使用嵌套依赖类型（nested depended name）时，必须用到typename关键字。

在类的内部可以定义类型成员。如果要在函数模板内部使用这样的类型，必须显示告诉编译器这个名字是一个类型，否则编译器无法得知它是一个类型还是一个值。默认情况下，编译器假定这样的名字指定（静态）数据成员，而不是类型。所以下面这段程序，如果去掉typename关键字，将会出现编译错误。

template <typename Parm, typename U>
Parm fcn(Parm *array, U value)
{
    typename Parm::size_type * p;
}

模板形参也可以是非类型形参，在使用时非类型形参由常量表达式代替。

// initialize elements of an array to zero
template <typename T, size_t N>
void array_init(T (&parm)[N])
{
    for (size_t i = 0; i != N; ++i)
        parm[i] = 0;
}
…
int x[42];
double y[10];
array_init(x); // instantiates array_init(int (&)[42])
array_init(y); // instantiates array_init(double (&)[10])

模板代码需要对使用的类型做一些假设，比如上面的compare()要求类型T重载了“<”操作符。所以函数模板内部完成的操作就限制了可用于实例化该函数的类型。

编写模板代码时，对实参类型的要求应尽可能少。比如compare()函数仅使用了“<”操作符，而没有使用“>”操作符。

【学习资料】 《c++ primer》

泛型的基本思想：

   push(参数类型)  //入栈算法

   pop(参数类型)   //出栈算法

}
如果把上面的伪代码看作算法描述，没问题，因为算法与参数类型无关。但是如果把它写成可编译的源代码，
就必须指明是什么类型，否则是无法通过编译的。使用重载来解决这个问题，即对N种不同的参数类型写N个
push和pop算法，这样是很麻烦的，代码也无法通用。
若对上面的描述进行改造如下：
首先指定一种通用类型T，不具体指明是哪一种类型。
class stack<参数模板 T>
{

   push(T)  //入栈算法

   pop(T)   //出栈算法

}

这里的参数模板T相当于一个占位符，当我们实例化类stack时，T会被具体的数据类型替换掉。
若定义对象S为statc类型，在实例化S时若我们将T指定int型则：
这时候类S就成为：
class S
{
    push(int)  //入栈算法
    pop(int)   //出栈算法
}
这时我可以称class stack<参数模板 T>是类的类，通过它可以生成具体参数类型不同的类。
泛型在C++中的应用：
泛型在C++中的主要实现为模板函数和模板类。
通常使用普通的函数实现一个与数据类型有关的算法是很繁琐的，比如两个数的加法，要
考虑很多类型：
int add(int a,int b) { return a+b; }
float add(float a,float b) { return  a+b; }
。。。。
虽然在C++中可以通过函数重载来解决这个问题，但是反复写相同算法的函数是比较辛苦的，
更重要的是函数重载是静态编译，运行时占用过多内存。
在此我们可以用C++的模板函数来表达通用型的函数，如下：
template<typename T> // 模板声明
T add(T a,T b) { return a+b; }  // 注意形参和返回值的类型
这时C++编译器会根据add函数的参数类型来生成一个与之对应的带具体参数类型的函数并
调用。
例如：

#include <iostream>
using namespace std;
template <typename T>
T add(T a,T b)  //注意形参和返回类型
{   
 return a+b;
} 
void main()
{
    int num1, num2, sum; 
    cin>>num1>>num2;
    sum=add(num1,num2); //用int匹配模版参数T，若sum,num1,num2类型不一致则无法匹配。
    cout<<sum;
}

函数模板的性质

template  <typename T1, typename T2>
T1 fun(T1, T2, int )
{  //…..}
template  <typename T1,T2>  T1 fun(T1, T2, int )
{  //…..}
template  <class T1, class T2>
 T1 fun(T1, T2, int )
{  //…..}
template  <class T1,T2>  T1 fun(T1, T2, int )
{  //…..}

template  <class 模版参数列表…>
class 类名
{ //类体}
成员的实现…
例如：
//类声明部分，有两个模板参数T1，T2
template  <class T1, class T2 >  
class A {
   private:
   int a;
  T1 b;  //成员变量也可以用模板参数
  public: 
  int fun1(T1 x, int y );
 T2 fun2(T1 x, T2 y);
}
//类实现部分
template  <class T1, class T2 >
int A<T1>:: fun1(T1 x, int y ){//实现…… }
 template  <class T1, class T2 >
T2 A<T1,T2>:: fun2(T1 x, T2 y) {//实现…… }
 //使用类A
 int main( ) {
 //定义对象a,并用int替换T1, float替换T2
   A<int, float>  a;
   //实例化a,调用a的属性和方法……
}

类模板的性质

3)迭代器（iterator）
　　迭代器是一种允许程序员检查容器内元素，并实现元素遍历的数据类型。C++标准库为每一种标准容器定义了一种迭代器类型。迭代器类型提供了比下标操作更一般化的方法：所有的标准库容器都定义了相应的迭代器类型，而只有少数的容器（比如数组）支持下标操作。因为迭代器对所有的容器都适用，现代C++程序更倾向于使用迭代器而不是下标操作访问容器元素。
　　迭代器从作用上来说是STL最基本的部分，迭代器在STL中用来将算法和容器联系起来，起着一种黏和剂的作用。几乎STL提供的所有算法都是通过迭代器存取元素序列进行工作的，每一个容器都定义了其本身所专有的迭代器，用以存取容器中的元素。
　　迭代器部分主要由头文件<utility>,<iterator> 和<memory>组成。<utility>是一个很小的头文件，它包括了贯穿使用在STL中的几个模板的声明，<iterator>中提供了迭代器使用的许多方法， <memory>为容器中的元素分配存储空间，同时也为某些算法执行期间产生的临时对象提供机制,<memory>中的主要部分是模板类allocator，它负责产生所有容器中的默认分配器。