[转]C++模板学习

1. 模板的概念。

我们已经学过重载(Overloading)，对重载函数而言,C++的检查机制能通过函数参数的不同及所属类的不同。正确的调用重载函数。例如，为求两个数的最大值，我们定义MAX()函数需要对不同的数据类型分别定义不同重载(Overload)版本。

//函数1.

int max(int x,int y);
{return(x>y)?x:y ;}

//函数2.
float max( float x,float y){
return (x>y)? x:y ;}

//函数3.
double max(double x,double y)
{return (c>y)? x:y ;}

但如果在主函数中，我们分别定义了 char a,b; 那么在执行max(a,b);时 程序就会出错，因为我们没有定义char类型的重载版本。

现在，我们再重新审视上述的max()函数，它们都具有同样的功能，即求两个数的最大值，能否只写一套代码解决这个问题呢？这样就会避免因重载函数定义不 全面而带来的调用错误。为解决上述问题C++引入模板机制，模板定义：模板就是实现代码重用机制的一种工具，它可以实现类型参数化，即把类型定义为参数， 从而实现了真正的代码可重用性。模版可以分为两类，一个是函数模版，另外一个是类模版。

2.   函数模板的写法

函数模板的一般形式如下：

Template <class或者也可以用typename T>

返回类型 函数名（形参表）
{//函数定义体 }

说明： template是一个声明模板的关键字，表示声明一个模板关键字class不能省略，如果类型形参多余一个 ，每个形参前都要加class <类型 形参表>可以包含基本数据类型可以包含类类型.

请看以下程序:

//Test.cpp

#include <iostream>

using std::cout;

using std::endl;

//声明一个函数模版,用来比较输入的两个相同数据类型的参数的大小，class也可以被typename代替，

//T可以被任何字母或者数字代替。

template <class T>

T min(T x,T y)

{ return(x<y)?x:y;}

void main( )

{

int n1=2,n2=10;

double d1=1.5,d2=5.6;

cout<< "较小整数:"<<min(n1,n2)<<endl;

cout<< "较小实数:"<<min(d1,d2)<<endl;

system("PAUSE");

}

程序运行结果：

　

程序分析：main()函数中定义了两个整型变量n1 , n2 两个双精度类型变量d1 , d2然后调用min( n1, n2); 即实例化函数模板T min(T x, T y)其中Ｔ为int型，求出n1,n2中的最小值．同理调用min(d1,d2)时，求出d1,d2中的最小值．

3. 类模板的写法

定义一个类模板：

Template < class或者也可以用typename T >
class类名｛
／／类定义．．．．．．
｝；

说明：其中，template是声明各模板的关键字，表示声明一个模板，模板参数可以是一个，也可以是多个。

例如：定义一个类模板：

// ClassTemplate.h
#ifndef ClassTemplate_HH

#define ClassTemplate_HH

template<typename T1,typename T2>

class myClass{

private:

T1 I;

T2 J;

public:

myClass(T1 a, T2 b);//Constructor

void show();

};

//这是构造函数

//注意这些格式

template <typename T1,typename T2>

myClass<T1,T2>::myClass(T1 a,T2 b):I(a),J(b){}

//这是void show();

template <typename T1,typename T2>

void myClass<T1,T2>::show()

{

cout<<"I="<<I<<", J="<<J<<endl;

}

#endif

// Test.cpp

#include <iostream>

#include "ClassTemplate.h"

using std::cout;

using std::endl;

void main()

{

myClass<int,int> class1(3,5);

class1.show();

myClass<int,char> class2(3,'a');

class2.show();

myClass<double,int> class3(2.9,10);

class3.show();

system("PAUSE");

}

最后结果显示：

4.非类型模版参数

一般来说，非类型模板参数可以是常整数（包括枚举）或者指向外部链接对象的指针。

那么就是说，浮点数是不行的，指向内部链接对象的指针是不行的。

template<typename T, int MAXSIZE>

class Stack{

Private:

T elems[MAXSIZE];

…

};

Int main()

{

Stack<int, 20> int20Stack;

Stack<int, 40> int40Stack;

…

};

5.使用模板类型

有时模板类型是一个容器或类，要使用该类型下的类型可以直接调用，以下是一个可打印STL中顺序和链的容器的模板函数

template <typename T>
void print(T v)
{
 T::iterator itor;
 for (itor = v.begin(); itor != v.end(); ++itor)
 {
  cout << *itor << " ";
 }
 cout << endl;
}

void main(int argc, char **argv){
 list<int> l;
 l.push_back(1);
 l.push_front(2);
 if(!l.empty())
  print(l);
 vector<int> vec;
 vec.push_back(1);
 vec.push_back(6);
 if(!vec.empty())
  print(vec);
}

打印结果

类型推导的隐式类型转换
在决定模板参数类型前，编译器执行下列隐式类型转换：

左值变换
  修饰字转换
  派生类到基类的转换

见《C++ Primer》（[注2]，P500）对此主题的完备讨论。

简而言之，编译器削弱了某些类型属性，例如我们例子中的引用类型的左值属性。举例来说，编译器用值类型实例化函数模板，而不是用相应的引用类型。

同样地，它用指针类型实例化函数模板，而不是相应的数组类型。

它去除const修饰，绝不会用const类型实例化函数模板，总是用相应的非 const类型，不过对于指针来说，指针和 const 指针是不同的类型。

底线是：自动模板参数推导包含类型转换，并且在编译器自动决定模板参数时某些类型属性将丢失。这些类型属性可以在使用显式函数模板参数申明时得以保留。

6. 模板的特化
如果我们打算给模板函数（类）的某个特定类型写一个函数，就需要用到模板的特化，比如我们打算用 long 类型调用 max 的时候，返回小的值（原谅我举了不恰当的例子）：
template<> // 这代表了下面是一个模板函数
long max<long>( long a, long b ) // 对于 vc 来说，这里的 <long> 是可以省略的
{
  return a > b ? b : a;
}
实际上，所谓特化，就是代替编译器完成了对指定类型的特化工作，现代的模板库中，大量的使用了这个技巧。
对于偏特化，则只针对模板类型中部分类型进行特化，如

template<T1, T2>

class MyClass;

template<T1, T2>

class MyCalss<int, T2>//偏特化
7. 仿函数
仿函数这个词经常会出现在模板库里（比如 STL），那么什么是仿函数呢？
顾名思义：仿函数就是能像函数一样工作的东西，请原谅我用东西这样一个代词，下面我会慢慢解释。
void dosome( int i )
这个 dosome 是一个函数，我们可以这样来使用它： dosome(5);
那么，有什么东西可以像这样工作么？
答案1：重载了 () 操作符的对象，因此，这里需要明确两点：
　　1　仿函数不是函数，它是个类；
　　2　仿函数重载了()运算符，使得它的对你可以像函数那样子调用(代码的形式好像是在调用比如：
  struct DoSome
  {
  void operator()( int i );
  }
  DoSome dosome;
这里类(对 C++ 来说，struct 和类是相同的) 重载了 () 操作符，因此它的实例 dosome 可以这样用 dosome(5); 和上面的函数调用一模一样，不是么？所以 dosome 就是一个仿函数了。

实际上还有答案2：
  函数指针指向的对象。
  typedef void( *DoSomePtr )( int );
  typedef void( DoSome )( int );
  DoSomePtr *ptr=&func;
  DoSome& dosome=*ptr;
    
  dosome(5); // 这里又和函数调用一模一样了。
当然，答案3 成员函数指针指向的成员函数就是意料之中的答案了。

8. 仿函数的用处
不管是对象还是函数指针等等，它们都是可以被作为参数传递，或者被作为变量保存的。因此我们就可以把一个仿函数传递给一个函数，由这个函数根据需要来调用这个仿函数（有点类似回调）。
STL 模板库中，大量使用了这种技巧，来实现库的“灵活”。
比如：
for_each, 它的源代码大致如下：
template< typename Iterator, typename Functor >
void for_each( Iterator begin, Iterator end, Fucntor func )
{
  for( ; begin!=end; begin++ )
  func( *begin );
}

这个 for 循环遍历了容器中的每一个元素，对每个元素调用了仿函数 func，这样就实现了 对“每个元素做同样的事”这样一种编程的思想。

特别的，如果仿函数是一个对象，这个对象是可以有成员变量的，这就让 仿函数有了“状态”，从而实现了更高的灵活性。