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C++模板（入门）

news 来源：原创 2025/7/16 1:54:57

文章目录

  • 泛型编程
  • 函数模板
    • 函数模板的概念
      • 函数模板格式
      • 函数模板的原理
      • 函数模板的实例化
        • 隐式实例化
        • 显示实例化
        • 模板参数的匹配
  • 类模板
    • 为什么有类模板
    • 类模板的定义格式
    • 类模板的实例化
    • Stack模板类的简单实现（不涉及深拷贝）
  • 模板的注意问题
    • 模板不支持分离编译
    • 模板的缺省参数

泛型编程

以往的实现一个交换函数，需要用到函数重载

每一个类型的交换都要写一个函数

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，但是有一下几个不好的地方：

  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（重复同样的事情）
  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？

在C++中，这个模子就是模板

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

C++中，模板有两种：函数模板和类模板image-20220912215920374

函数模板

函数模板的概念

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。

就如Swap交换函数，我们只需要写一个模板，各种类型包括自定义类型的变量都可以使用，实现交换

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){}  或者template<class T1, class T2,......, typename Tn>
返回值类型 函数名(参数列表){}

  • typename后的类型名字 T 可以随便取，比如T、K、V等，一般是大写字母或者单词首字母大写，一般使用T、T1，T2等

  • T1、T2等 代表模板类型（虚拟类型，即需要根据实参推导的）

如Swap函数

template<typename T>
void Swap(T& left, T& right)
{T tmp = left;left = right;right = tmp;
}
int main()
{int a = 10, b = 20;Swap(a, b);//交换整形double d1 = 1.1, d2 = 2.2;Swap(d1, d2);//交换浮点型char ch1 = 'A', ch2 = 'B';Swap(ch1, ch2);//交换字符型return 0;
}//发现上面不同类型的数据都发生了交换
//所以这就是 模板的应用

typename是用来定义模板参数的关键字，也可以利用class（不能使用struct 代替class）

需要注意的是：上面调用的并不是同一个函数，而是调用编译器根据具体的类型生成的对应的函数

最明显的地方：参数传递的大小都不同，也就是说对应的函数栈帧的大小都不同，因此肯定不是同一个函数。

函数模板的原理

函数模板就像是一个图纸，它并不是函数，是编译器用使用该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。

image-20220912230503651对于函数模板，编译器会做两件事

  1. 模板参数的推演：根据函数传递的参数去推演模板里面T的类型
  2. 推演参数实例化：根据推演出来的类型生成对应的函数，这些函数还是多个函数，地址也不同

所以，模板的原理就是 把原本我们需要做的事情让编译器去做，我们就不需要去写重复的函数了，编译器会自动推导生成

所以模板必然会让编译的时间变长一些，因为编译器要做的事情更多了

注意，虽然都是调用一个模板，但其汇编指令其实是不同的，会根据实参的类型生成不同的汇编指令（调试的时候看上去只是进入模板，看不出调用了不同的函数）

如图：调用double和char类型的Swap函数的地址都不同image-20220913081730024

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化

隐式实例化

隐式实例化：让编译器根据实参推演模板参数的实际类型
但是分为

  1. 参数是同一类型，进行隐式实例化是没有任何问题的
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);//int类型相加Add(d1, d2);//double类型相加return 0;
}
  1. 对于实参不同类型
template<typename T>
T Add(const T& left, const T& right)
{return left + right;
}
int main()
{int a1 = 10;double d1 = 10.0;Add(a1,d1);//int和double相加return 0;
}

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（矛盾！）

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，如果是函数Add(int left,int right)就可以进行类型转换（只是可能会发生数据阶段）

此时有3种处理方式：1. 用户自己来强制转化 2. 使用两个模板参数 3. 显示实例化

  1. 强制转换

    Add(a1,(int)d1);
//或者
Add((double)a1,d1);

  2. 两个模板参数（不推荐）

    使用两个模板参数就不会推演矛盾了
    但是两个模板参数也有其他的一些问题
    比如返回值返回哪一个？ 第一个参数还是第二个？

    template<typename T1,typename T2>
//假设返回值设置为T1类型
T1 Add(const T1& left, const T2& right)
{return left + right;//不同类型相加会提升（小的向大的提升）//然后返回时再隐式转换为T1类型 
}
int main()
{Add(1.1,2);//这样返回的类型就是 doublereturn 0;
}
显示实例化

除了上面的传递参数的时候进行把参数进行强制类型转换，还有一种方法就是 不让编译器推演实参的类型了，我们直接指定告诉编译器实参是什么类型

对于上面的Add函数，可以这样解决：

//显示实例化
Add<int>(1.1, 2);//不用编译器推演，指定T是int，直接实例化一个int的
Add<double>(1.1, 2);//不用编译器推演，指定T是double，直接实例化一个double的

这样，即使 1.1 不是int 也会自动隐式转换成为int，2 不是double 也会自动隐式转换位double

但什么时候用到显示实例化呢？常见的有这两个场景

  1. 类模板显式实例化
template<typename T>
class A{T aa[10];//存放10个T类型数据
};//如果想构造一个存放int的A对象
A<int> obj; //显示实例化模板参数为int类型
  1. 参数不是模板类型
  //模板函数的参数为intT* func(int n){T* a = new T[n];return a;}//因为编译器是根据传递的实参进行参数推演的//而模板的形参并没有模板类型，这样根据传递的实参无法进行推演！//这里就必须使用显示实例化才能调用func<double>(5);//显示实例化参数为 double 类型
模板参数的匹配

难免会出现这种情况

//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(const T& left, const T& right)
{return left + right;
}
//针对两个实参不同的加法函数
template<typename T1,typename T2>
T1 Add(const T1& left, const T2& right)
{return left + right;
}
int main()
{Add(1, 1);//调用针对int的Add(1.1, 2.2);//调用通用的（第二个）Add(1.1,2);//调用第三个return 0;    
}

此时会怎么调用呢？

编译器会先看又没参数匹配的，如果有匹配的就去调用现成的函数

如果模板可以产生一个具有更好匹配的函数，就根据实参和模板去实例化从而产生一个！

  • Add(1,1)会直接调写好的针对int的加法函数

  • Add(1.1,2.2)会去实例化一个double的加法函数然后调用。（double可以传给int的形参，但是因为模板可以产生一个更匹配的，所以此时会优先模板）

  • 因为两个参数是同类型，所以不回去调用第三个。只有当两个参数是不同类型才会调用第三个！如Add(1.1,2)

类模板

为什么有类模板

C中我们使用栈存放数据，通常采用typedef 类型 STDataType

当需要更改类型的时候，只需要把typedef处的类型变一下即可

typedef int STDataType;
class Stack
{
private:STDataType* _a;int top;int capacity;
}

但是这并不是泛型编程，因为还是针对的某一具体类型

如果有这样的要求：同时定义一个整形栈int和一个字符栈char怎么办？如果真的要做就需要定义一个Stack_int和一个Stack_char，太挫了！

所以需要模板来做这件事

类模板的定义格式

template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 类模板名
{
// 类内成员定义
};

以Stack为例,下面就是一个Stack类的模板，模板参数为T

template<typename T>
class Stack
{
public:Stack(size_t capacity = 0):_a(nullptr), _top(0), _capacity(capacity){if (_capacity > 0){_a = new T[_capacity];}}
private:T* _a;size_t _top;size_t _capacity;
};

类模板的实例化

不同于函数模板，函数可以传递实参从而可以推演出模板参数的实际类型。但是定义一个对象Stack st的时候是没有参数传递的，所以无法推导处模板参数的实际类型，必须采用显式实例化！

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

//Stack是类名， Stack<int>是一个类型
Stack<int> st1;//int      
Stack<char> st2;//char

类模板的原理

虽然都是用了一个类模板，其实Stack<int>和Stack<char>都不是一个类型，就相当于编译器根据类模板实例化出了两个类（虽然我们看不到）

Stack模板类的简单实现（不涉及深拷贝）

//类模板
template<typename T>
class Stack
{
public:Stack(size_t capacity = 0):_a(nullptr), _top(0), _capacity(capacity){if (_capacity > 0){_a = new T[_capacity];}}~Stack(){delete[] _a;_a = nullptr;_top = _capacity = 0;}void Push(const T& x){//检查扩容if (_top == _capacity){size_t newCapacity = _capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity;//1. 开新空间//2. 拷贝数据//3. 删旧空间T* tmp = new T[newCapacity];//如果a不为空  防止数组为空导致memcpy崩溃if (_a){memcpy(tmp, _a, sizeof(T) * newCapacity);delete[] _a;}_a = tmp;_capacity = newCapacity;}//插入数据_a[_top] = x;++_top;}void Pop(){assert(_top > 0);--_top;}const T& Top(){assert(_top > 0);return _a[_top - 1];}bool Empty(){return _top == 0;}
private:T* _a;size_t _top;size_t _capacity;};

注意问题：new的扩容需要自己写，new/delete不具有realloc的扩容功能

步骤：

  1. new一个新空间
  2. 把原空间内容拷贝到新空间
  3. delete原空间

模板的注意问题

模板不支持分离编译

  1. 模板不支持分离编译，即不支持声明放在.h，定义放在.cpp

  2. 但是模板支持在同一个.cpp或者.h文件中声明和定义分离，但是需要先声明模板参数。并且指定类域需要Stack<类型>::

    template<typename T>
class Stack()
{/*...*/void Push(const T& x);
}//Push的定义
template<typename T>  //声明模板参数，否则后面不认识T
void Stack<int>::Push(const T& x)
{/***/
}

因此有时候把模板定义和声明都写在同一个.h文件，这时候.h文件也叫做.hpp,即 hplusplus(不止是声明)

模板的缺省参数

写一个函数可以有缺省参数，该参数是一个值

模板也可以有一个缺省参数，该参数是一个类型

template<typename T = int>
class Stack
{/**/
}
int main()
{Stack st;//errorStack<> st;//不传递模板参数，但必须写<> 默认是缺省参数return 0;
}

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编程日记 2025/7/16 4:54:56

DVWA靶场通过——文件上传漏洞

File Upload漏洞 它允许攻击者通过上传恶意文件来执行任意代码、窃取数据、获取服务器权限&#xff0c;甚至完全控制服务器。为了防止文件上传漏洞&#xff0c;开发者需要对文件上传过程进行严格的验证和处理。 1. 文件上传漏洞概述 文件上传漏洞发生在Web应用程序允许用户通过…...

编程日记 2025/6/27 21:53:16

原子类、AtomicLong、AtomicReference、AtomicIntegerFieldUpdater、LongAdder

原子类 JDK提供的原子类&#xff0c;即Atomic*类有很多&#xff0c;大体可做如下分类&#xff1a; 形式类别举例Atomic*基本类型原子类AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBooleanAtomic*Array数组类型原子类AtomicIntegerArray、AtomicLongArray、AtomicReferenceArrayAtomic…...

编程日记 2025/7/13 16:36:34

MySQL（8）【聚合函数 | group by分组查询】

阅读导航 引言一、聚合函数1. 简介2. 使用示例&#xff08;1&#xff09;COUNT() 函数&#xff08;2&#xff09;SUM() 函数&#xff08;3&#xff09;AVG() 函数&#xff08;4&#xff09;MAX() 函数&#xff08;5&#xff09;MIN() 函数 二、group by分组查询1. 基本语法2. 按…...

编程日记 2025/7/13 15:45:34

如何监控Elasticsearch集群状态？

大家好&#xff0c;我是锋哥。今天分享关于【如何监控Elasticsearch集群状态&#xff1f;】面试题。希望对大家有帮助&#xff1b; 如何监控Elasticsearch集群状态&#xff1f; 1000道 互联网大厂Java工程师 精选面试题-Java资源分享网 监控 Elasticsearch 集群的状态对于确保…...

编程日记 2025/7/14 9:48:43

React第七节 组件三大属性之 refs 的用法注意事项

1、定义 React 中refs 是允许我们操作DOM 访问组件实例的一种方案。开发人员可以直接使用 refs 访问操作DOM&#xff0c;而不用自身的数据状态&#xff0c;这种方案在实际开发过程中是有必要的&#xff0c;但是不建议通篇使用refs操作DOM&#xff0c;如果是这样&#xff0c;那…...

编程日记 2025/7/14 21:30:01

全文单词统计

目标&#xff1a;统计词频 import scala.io.Source //知识点 //1.字符串.split("分隔符")&#xff1a;把字符串用指定的分隔符。拆分成多份&#xff0c;保存在数组中 object test1 {def main(args: Array[String]): Unit { //从文件1.txt中读入内容val contentSourc…...

编程日记 2025/7/13 8:08:21

Angular v19 (二)：响应式当红实现signal的详细介绍：它擅长做什么、不能做什么？以及与vue、svelte、react等框架的响应式实现对比

本文紧接着Angular v19 新版本来啦&#xff0c;一起瞧瞧新特性吧&#xff01;&#xff0c;主要针对它在v18引入了一项全新的响应式技术——Signal&#xff0c;这引起了开发者社区的广泛关注&#xff0c;最新的v19版本推出了更多的signal工具。Signal的加入旨在优化Angular的响应…...

编程日记 2025/7/14 14:40:34

【数据结构】二叉搜索树（二叉排序树）

&#x1f31f;&#x1f31f;作者主页&#xff1a;ephemerals__ &#x1f31f;&#x1f31f;所属专栏&#xff1a;数据结构 目录 前言 一、什么是二叉搜索树 二、二叉搜索树的实现 节点 属性和接口的声明 插入 查找 删除 拷贝构造 析构 中序遍历 三、二叉搜索树的…...

编程日记 2025/7/15 9:39:58

文件的摘要算法（md5、sm3、sha256、crc）

为了校验文件在传输中保证完整性和准确性&#xff0c;因此需要发送方先对源文件产生一个校验码&#xff0c;并将该值传输给接收方&#xff0c;将附件通过ftph或http方式传输后&#xff0c;由接收方使用相同的算法对接收文件再获取一个新的校验码&#xff0c;将该值和发送方传的…...

编程日记 2025/7/11 20:52:13

Python实现人生重开模拟器

目录 人生重开模拟器介绍 代码实现 打印初始界面 设置初始属性 设置角色性别 设置角色出生点 针对每一岁&#xff0c;生成人生经历 完整代码 人生重开模拟器介绍 人生重开模拟器 是之前比较火的一个小游戏&#xff0c;我们这里使用 Python 实现一个简化版的 人生重开模…...

编程日记 2025/7/12 17:50:26

机器学习（二十五）：决策树算法以及决策树和神经网络的对比

一、决策树集合 单一决策树会对训练数据的变化很敏感。例子&#xff1a;输入十个数据&#xff0c;判断是否是猫。只替换其中一个数据&#xff0c;信息增益最高的分裂特征就发生了改变&#xff0c;决策树就发生了变化。 使用决策树集合可以使算法更加健壮。例子&#xff1a;使用…...

编程日记 2025/7/13 1:18:16

k8s运行运行pod报错超出文件描述符表限制

1.问题描述 运行pod超过文件描述符表 unable to allocate file descriptor table - out of memory/opt/COMMAND.sh: line 9: 2.查看设备的文件描述符限制 操作前一定要先查询这个值&#xff0c;2097152这个值即为我们可设置的最大值&#xff0c;超过这个值后将无法登录&am…...

编程日记 2025/7/10 19:21:47

非常简单实用的前后端分离项目-仓库管理系统（Springboot+Vue）part 2

七、创建前端项目 你下载了nodejs吗&#xff1f;从cn官网下载&#xff1a;http://nodejs.cn/download/&#xff0c;或者从一个国外org网站下载&#xff0c;选择自己想要的版本https://nodejs.org/download/release/&#xff0c;双击下载好的安装文件&#xff0c;选择安装路径安…...

编程日记 2025/7/15 17:29:10