模板的简单介绍与使用

什么是模板？

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模板(template)指c++中的函数模板与类模板，大体对应于C#和Java众的泛型的概念。目前，模板已经成为C++的泛型编程中不可缺少的一部分。

模板定义以关键字template开始，后接模板形参表，模板形参表是用尖括号括住的一个或者多个模板形参的列表，形参之间以逗号分隔。 模板形参可以是表示类型的类型形参，也可以是表示常量表达式的非类型形参。非类型形参跟在类型说明符之后声明。类型形参跟在关键字class或typename之后定义（至于class与typename的区别实际并不大，c++的早期版本中只有class，没有typename。在绝大多数场景下两者是通用的，只有少数特殊情况下必须使用typename。总之，使用typename是万无一失的。两者的区别可以参考这篇文章）。

模板是C++程序员绝佳的武器, 特别是结合了多重继承（multiple inheritance）与运算符重载（operator overloading）之后。C++ 的标准库提供许多有用的函数大多结合了模板的观念，如STL以及IO Stream。

 

 函数模板

　　所谓函数模板,实际上是建立一个通用函数,其函数类型和形参类型不具体指定,用一个虚拟的类型来代表?这个通用函数就称为函数模板?凡是函数体相同的函数都可以用这个模板来代替,不必定义多个函数,只需在模板中定义一次即可?在调用函数时系统会根据实参的类型来取代模板中的虚拟类型,从而实现了不同函数的功能? 

　　网上大多数介绍都是从比较两个数大小入手的，本文章介绍依然如此，假设有一个需要要比较两个数的大小，但是这两个数的类型是不确定的，可能是int、float、double类型的。

　　当然有一种方式就是可以用函数的重载来实现，但用重载的方式造成的问题是：有多少类型的可能性，就要写多少个重载函数。假设当前需求里可能要求只有float和double两种类型，但有一天增加了对int类型的允许，则要在代码中增加对int类型参数的重载函数。

　　这个时候，函数模板就排上用场了。只需要定义一个带有泛型参数的函数，就可以实现多种类型参数的比较，直接看下面的代码吧：

　　

class MyTemplate
{
public:
    MyTemplate(void);
    ~MyTemplate(void);

    //以关键字template开头 后面接<typename T>或<class T> 返回值类型和参数类型都是T
    template <typename T> T Max(T a,T b) 
    {
        return a>=b?a:b;
    };
};

这里的T会在程序编译的时候特化为代码调用处传入的实际参数,例如

如果比较两个int类型的大小：

    MyTemplate mytemplate;
    int x = 10;
    int y = 100;
    int val = mytemplate.Max(x,y);    

程序里的T在编译时就用int替换，替换后的程序应该是下面这个样子：

　　template <typename int> int Max(int a,int b) 
　　{
    　　return a>=b?a:b;
　　};

float和double类型的是同样的道理，这里就不重复了。

类模板

 当我们有更加复杂的需求的时候，例如要实现一个队列，这个队列中可能不止有int类型的数据，还有可能有string类型、double类型、或者更复杂的自定义类型。例如下面这个队列中存储了多种数据类型的对象，这个时候就需要定义一个类模板了。

类模板实现的简单队列

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#pragma once

template <typename T> class FZQueue;
template <typename T> class queueItem 
{
private:
    friend class FZQueue<T>; //因为queueItem只有FZQueue要直接调用 所以这里要声明为FZQueue的友元

    queueItem(void){};

    queueItem(const T &item1,const queueItem *p):item(item1),next(p){};

    queueItem(const T &t):item(t),next(0){}; //显式定义复制构造函数 将item置为t next设置为空指针

    ~queueItem(void){};//析构函数

    T item;

    queueItem *next;
};

template <typename T> 
class FZQueue
{
public:
    FZQueue(void):head(0),tail(0){};
    ~FZQueue(void)
    {
        destroy();
    };
    
    /*显式定义复制构造函数  可以不显式的声明 对此功能无影响*/
    FZQueue(const FZQueue &t):head(0),tail(0) // 将t中的每个元素的值拷贝到新声明的对象中 必须对指针head和tail初始化 否则调用时会报内存访问异常 
    {
        copy_elements(t);
    };

    FZQueue& operator=(const FZQueue&); //显式赋值操作符重载  可以不显式的声明 对此功能无影响

    T& front()    //获取队列头
    {
        return head->item;
    };


    void push(const T &item)  //添加元素到队尾
    {
        queueItem<T> *p_item = new queueItem<T>(item);
        if(empty())
        {
            head=tail=p_item;
        }
        else
        {
            tail->next = p_item;
            tail=p_item;
        }
    };

    void pop()  //删除队列头元素 
    {
        queueItem<T> *p_curHead = head;
        head=head->next;
        delete p_curHead;
    };

    bool empty()  //判断队列是否为空
    {
        return head==0;
    };

private:
    queueItem<T> *head; //队列头元素的指针

    queueItem<T> *tail; //队尾元素的指针

    void destroy()
    {
        while (!empty())
        {
            pop();
        }
    };

    void copy_elements(const FZQueue &t)
    {        
        queueItem<T> *p = t.head;
        //int i = 0;
        while (p) /*i<5*/
        {
            push(p->item);
            p = p->next;
            //i++;
        }
    };

};

 调用代码如下：

if(valIndexs.empty())
    {
        for (int zi = 10;zi!=15;zi++)
        {
            valIndexs.push(zi);
        }
    }
    FZQueue<int> clone_valZindexs(valIndexs);

    cout<<"valIndexs:"<<valIndexs.front()<<"______clone_valZindexs:"<<clone_valZindexs.front()<<endl;
    
    cout<<"valIndexs:"<<valIndexs.front()<<"______clone_valZindexs:"<<clone_valZindexs.front()<<endl;

 以上就是用类模板实现简单队列的完整代码。

问题与总结

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1.把类中的构造函数重载(FZQueue(const T &t)；)和操作符重载(FZQueue& operator=(const FZQueue&);)去掉后都是一样正常执行，不知道这个构造函数重载和操作符重载在什么情况下使用。

总结：参考《C++ Primer》第四版第13章 复制控制 里介绍的复制构造函数一节，对复制构造函数的描述是这样的：

复制构造函数是一种特殊构造函数，具有单个形参，该形参（常用const修饰）是对该类类型的引用。当定义一个新对象并用一个同类型的对象对它进行初始化时，将显式使用复制构造函数。当将该类型的对象传递给函数或从函数返回该类型的对象时，将隐式使用复制构造函数。可用于：

1.根据另一个同类型的对象显示或隐式初始化一个对象
2.复制一个对象，将它的作为实参传递给一个函数
3.从函数返回时复制一个对象
4.初始化顺序容器中的元素
5.根据元素初始化式列表初始化数组元素

并且：如果程序中没有显示定义并实现复制构造函数，编译器会自动生成。赋值操作符重载与析构函数都是如此。

　　  不能将自定义的类声明为指针形式，例如FZQueue<int> *clone_zindexs，如果这样做，之后将这个指针当参数调用复制构造函数时，复制构造函数不起作用，因为这里只是声明了一个指针而已。