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C++心决之初阶模板+stl简介(STL前言)(想要入门stl模板,这篇值得一看)

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一枕眠秋雨
发布2024-05-07 08:32:12
560
发布2024-05-07 08:32:12
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文章被收录于专栏:司钰秘籍司钰秘籍

1. 泛型编程

如何实现一个通用的交换函数呢?

代码语言:javascript
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void Swap(int& left, int& right)
{
 int temp = left;
 left = right;
 right = temp;
}
void Swap(double& left, double& right)
{
 double temp = left;
 left = right;
 right = temp;
}
void Swap(char& left, char& right)
{
 char temp = left;
 left = right;
 right = temp;
}
......

使用函数重载虽然可以实现,但是有以下几个缺陷:

  • 1. 重载的函数仅仅是类型不同,代码复用率比较低,只要有新类型出现时,就需要用户自己增加对应的函数
  • 2. 代码的可维护性比较低,一个出错可能所有的重载均出错

那能否 告诉编译器一个模子,让编译器根据不同的类型利用该模子来生成代码 呢?

泛型编程:编写与类型无关的通用代码,是代码复用的一种手段。模板是泛型编程的基础

2. 函数模板

2.1 函数模板概念

函数模板代表了一个函数家族,该函数模板与类型无关,在使用时被参数化,根据实参类型产生函数的特定

类型版本。

2.2 函数模板格式

template<typename T1, typename T2,......,typename Tn>

返回值类型 函数名 ( 参数列表 ){}

代码语言:javascript
复制
template<typename T>
void Swap( T& left, T& right)
{
 T temp = left;
 left = right;
 right = temp;
}

注意: typename 用来定义模板参数 关键字也可以使用 class( 切记:不能使用struct代替class )

2.3 函数模板的原理

函数模板是一个蓝图,它本身并不是函数,是编译器用使用方式产生特定具体类型函数的模具。所以其实模 板就是将本来应该我们做的重复的事情交给了编译器

在编译器编译阶段 ,对于模板函数的使用, 编译器需要根据传入的实参类型来推演生成对应类型的函数 以供调用。比如:当用 double 类型使用函数模板时,编译器通过对实参类型的推演,将 T 确定为 double 类型,然 后产生一份专门处理 double 类型的代码 ,对于字符类型也是如此。

2.4 函数模板的实例化

用不同类型的参数使用函数模板时 ,称为函数模板的 实例化 。模板参数实例化分为: 隐式实例化和显式实例

1. 隐式实例化:让编译器根据实参推演模板参数的实际类型

代码语言:javascript
复制
template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
 return left + right;
}
int main()
{
 int a1 = 10, a2 = 20;
 double d1 = 10.0, d2 = 20.0;
 Add(a1, a2);
 Add(d1, d2);
 
 /*
 该语句不能通过编译,因为在编译期间,当编译器看到该实例化时,需要推演其实参类型
 通过实参a1将T推演为int,通过实参d1将T推演为double类型,但模板参数列表中只有一个T,
 编译器无法确定此处到底该将T确定为int 或者 double类型而报错
 注意:在模板中,编译器一般不会进行类型转换操作,因为一旦转化出问题,编译器就需要背黑锅
 Add(a1, d1);
 */
 
 // 此时有两种处理方式:1. 用户自己来强制转化 2. 使用显式实例化
 Add(a, (int)d);
 return 0;
}

2. 显式实例化:在函数名后的 <> 中指定模板参数的实际类型

代码语言:javascript
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int main(void)
{
 int a = 10;
 double b = 20.0;
 
 // 显式实例化
 Add<int>(a, b);
 return 0;
}

如果类型不匹配,编译器会尝试进行隐式类型转换,如果无法转换成功编译器将会报错。

2.5 模板参数的匹配原则

1. 一个非模板函数可以和一个同名的函数模板同时存在,而且该函数模板还可以被实例化为这个非模板函

代码语言:javascript
复制
// 专门处理int的加法函数
int Add(int left, int right)
{
 return left + right;
}
// 通用加法函数
template<class T>
T Add(T left, T right)
{
 return left + right;
}
void Test()
{
 Add(1, 2); // 与非模板函数匹配,编译器不需要特化
 Add<int>(1, 2); // 调用编译器特化的Add版本
}

2. 对于非模板函数和同名函数模板,如果其他条件都相同,在调动时会优先调用非模板函数而不会从该模 板产生出一个实例。如果模板可以产生一个具有更好匹配的函数, 那么将选择模板

代码语言:javascript
复制
// 专门处理int的加法函数
int Add(int left, int right)
{
 return left + right;
}
// 通用加法函数
template<class T1, class T2>
T1 Add(T1 left, T2 right)
{
 return left + right;
}
void Test()
{
 Add(1, 2); // 与非函数模板类型完全匹配,不需要函数模板实例化
 Add(1, 2.0); // 模板函数可以生成更加匹配的版本,编译器根据实参生成更加匹配的Add函
数
}

3. 模板函数不允许自动类型转换,但普通函数可以进行自动类型转换

3. 类模板

3.1 类模板的定义格式

代码语言:javascript
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template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 类模板名
{
 // 类内成员定义
};
代码语言:javascript
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// 动态顺序表
// 注意:Vector不是具体的类,是编译器根据被实例化的类型生成具体类的模具
template<class T>
class Vector
{ 
public :
 Vector(size_t capacity = 10)
 : _pData(new T[capacity])
 , _size(0)
 , _capacity(capacity)
 {}
 
 // 使用析构函数演示:在类中声明,在类外定义。
 ~Vector();
 
 void PushBack(const T& data);
 void PopBack();
 // ...
 
 size_t Size() {return _size;}
 
 T& operator[](size_t pos)
 {
 assert(pos < _size);
 return _pData[pos];
 }
 
private:
 T* _pData;
 size_t _size;
 size_t _capacity;
};
// 注意:类模板中函数放在类外进行定义时,需要加模板参数列表
template <class T>
Vector<T>::~Vector()
{
 if(_pData)
 delete[] _pData;
 _size = _capacity = 0;
}

3.2 类模板的实例化

类模板实例化与函数模板实例化不同, 类模板实例化需要在类模板名字后跟 <> ,然后将实例化的类型放在 <> 中即可,类模板名字不是真正的类,而实例化的结果才是真正的类

代码语言:javascript
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// Vector类名,Vector<int>才是类型
Vector<int> s1;
Vector<double> s2;

1. 什么是STL

STL(standard template libaray- 标准模板库 ) : C++ 标准库的重要组成部分 ,不仅是一个可复用的组件库,而且

是一个包罗数据结构与算法的软件框架

2. STL的版本

原始版本

Alexander Stepanov 、 Meng Lee 在惠普实验室完成的原始版本,本着开源精神,他们声明允许任何人任意运用、拷贝、修改、传播、商业使用这些代码,无需付费。唯一的条件就是也需要向原始版本一样做开源使用。 HP 版本 -- 所有 STL 实现版本的始祖。

P. J. 版本

由 P. J. Plauger 开发,继承自 HP 版本,被 Windows Visual C++ 采用,不能公开或修改,缺陷:可读性比较低,符号命名比较怪异。

RW版本

由 Rouge Wage 公司开发,继承自 HP 版本,被 C+ + Builder 采用,不能公开或修改,可读性一般。

SGI版本

由 Silicon Graphics Computer Systems , Inc 公司开发,继承自 HP 版 本。被 GCC(Linux) 采用,可移植性好,可公开、修改甚至贩卖,从命名风格和编程 风格上看,阅读性非常高。

3. STL的六大组件

4.STL的缺陷

1. STL 库的更新太慢了。这个得严重吐槽,上一版靠谱是 C++98 ,中间的 C++03 基本一些修订。 C++11 出 来已经相隔了 13 年, STL 才进一步更新。 2. STL 现在都没有支持线程安全。并发环境下需要我们自己加锁。且锁的粒度是比较大的。 3. STL 极度的追求效率,导致内部比较复杂。比如类型萃取,迭代器萃取。 4. STL 的使用会有代码膨胀的问题,比如使用 vector/vector/vector 这样会生成多份代码,当然这是模板语法本身导致的。

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原始发表:2024-05-05,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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  • 1. 泛型编程
  • 2. 函数模板
    • 2.1 函数模板概念
      • 2.2 函数模板格式
        • 2.3 函数模板的原理
          • 2.4 函数模板的实例化
            • 2.5 模板参数的匹配原则
            • 3. 类模板
              • 3.1 类模板的定义格式
              • 1. 什么是STL
              • 2. STL的版本
                • 原始版本
                  • P. J. 版本
                    • RW版本
                      • SGI版本
                      • 3. STL的六大组件
                      • 4.STL的缺陷
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