C++ 函數(shù)模板

函數(shù)模板的聲明和模板函數(shù)的生成

1.函數(shù)模板的聲明

函數(shù)模板可以用來創(chuàng)建一個通用的函數(shù)，以支持多種不同的形參，避免重載函數(shù)的函數(shù)體重復(fù)設(shè)計。它的最大特點是把函數(shù)使用的數(shù)據(jù)類型作為參數(shù)。
函數(shù)模板的聲明形式為：

template<typename 數(shù)據(jù)類型參數(shù)標(biāo)識符>
<返回類型><函數(shù)名>(參數(shù)表)
{
   ...
}

其中，template是定義模板函數(shù)的關(guān)鍵字；template后面的尖括號不能省略；typename(或class)是聲明數(shù)據(jù)類型參數(shù)標(biāo)識符的關(guān)鍵字，用以說明它后面的標(biāo)識符是數(shù)據(jù)類型標(biāo)識符。這樣，在以后定義的這個函數(shù)中，凡希望根據(jù)實參數(shù)據(jù)類型來確定數(shù)據(jù)類型的變量，都可以用數(shù)據(jù)類型參數(shù)標(biāo)識符來說明，從而使這個變量可以適應(yīng)不同的數(shù)據(jù)類型。例如：

template<typename T>
T fuc(T x, int y)
{
    T x;
    //……
}

如果主調(diào)函數(shù)中有以下語句：

double d;
int a;
fuc(d,a);

則系統(tǒng)將用實參d的數(shù)據(jù)類型double去代替函數(shù)模板中的T生成函數(shù)：

double fuc(double x,int y)
{
    double x;
    //……
}

函數(shù)模板只是聲明了一個函數(shù)的描述即模板，不是一個可以直接執(zhí)行的函數(shù)，只有根據(jù)實際情況用實參的數(shù)據(jù)類型代替類型參數(shù)標(biāo)識符之后，才能產(chǎn)生真正的函數(shù)。

關(guān)鍵字typename也可以使用關(guān)鍵字class，這時數(shù)據(jù)類型參數(shù)標(biāo)識符就可以使用所有的C++數(shù)據(jù)類型。

2.模板函數(shù)的生成

函數(shù)模板的數(shù)據(jù)類型參數(shù)標(biāo)識符實際上是一個類型形參，在使用函數(shù)模板時，要將這個形參實例化為確定的數(shù)據(jù)類型。將類型形參實例化的參數(shù)稱為模板實參，用模板實參實例化的函數(shù)稱為模板函數(shù)。模板函數(shù)的生成就是將函數(shù)模板的類型形參實例化的過程。

使用中應(yīng)注意的幾個問題：

1. 函數(shù)模板允許使用多個類型參數(shù)，但在template定義部分的每個形參前必須有關(guān)鍵字typename或class，即：

template<class 數(shù)據(jù)類型參數(shù)標(biāo)識符1,…,class 數(shù)據(jù)類型參數(shù)標(biāo)識符n>
<返回類型><函數(shù)名>(參數(shù)表)
{
     函數(shù)體
}

2. 在template語句與函數(shù)模板定義語句<返回類型>之間不允許有別的語句。如下面的聲明是錯誤的：

template<class T>
int I;
T min(T x,T y)
{
        ...
}

3. 模板函數(shù)類似于重載函數(shù)，但兩者有很大區(qū)別：函數(shù)重載時，每個函數(shù)體內(nèi)可以執(zhí)行不同的動作，但同一個函數(shù)模板實例化后的模板函數(shù)都必須執(zhí)行相同的動作。

2 函數(shù)模板的異常處理

函數(shù)模板中的模板形參可實例化為各種類型，但當(dāng)實例化模板形參的各模板實參之間不完全一致時，就可能發(fā)生錯誤，如：

template<typename T>       
void min(T &x, T &y)
{  
    return (x<y)?x:y;  
}
void func(int i, char j)
{
    min(i, i);
    min(j, j);
    min(i, j);
    min(j, i);
}

例子中的后兩個調(diào)用是錯誤的，出現(xiàn)錯誤的原因是，在調(diào)用時，編譯器按最先遇到的實參的類型隱含地生成一個模板函數(shù)，并用它對所有模板函數(shù)進行一致性檢查，例如對語句

min(i, j);

先遇到的實參i是整型的，編譯器就將模板形參解釋為整型，此后出現(xiàn)的模板實參j不能解釋為整型而產(chǎn)生錯誤，此時沒有隱含的類型轉(zhuǎn)換功能。解決此種異常的方法有兩種：

1. 采用強制類型轉(zhuǎn)換，如將語句min(i, j);改寫為min(i,int( j));
2. 用非模板函數(shù)重載函數(shù)模板
   方法有兩種：
   1. 借用函數(shù)模板的函數(shù)體
      此時只聲明非模板函數(shù)的原型，它的函數(shù)體借用函數(shù)模板的函數(shù)體。如改寫上面的例子如下：

template<typename T>       
void min(T &x, T &y)
{  return (x<y)?x:y;  }
int min(int,int);
void func(int i, char j)
{
   min(i, i);
   min(j, j);
   min(i, j);
   min(j, i);
}

執(zhí)行該程序就不會出錯了，因為重載函數(shù)支持?jǐn)?shù)據(jù)間的隱式類型轉(zhuǎn)換。

2. 重新定義函數(shù)體
   就像一般的重載函數(shù)一樣，重新定義一個完整的非模板函數(shù)，它所帶的參數(shù)可以隨意。C++中，函數(shù)模板與同名的非模板函數(shù)重載時，應(yīng)遵循下列調(diào)用原則：

- 尋找一個參數(shù)完全匹配的函數(shù)，若找到就調(diào)用它。若參數(shù)完全匹配的函數(shù)多于一個，則這個調(diào)用是一個錯誤的調(diào)用。
- 尋找一個函數(shù)模板，若找到就將其實例化生成一個匹配的模板函數(shù)并調(diào)用它。
- 若上面兩條都失敗，則使用函數(shù)重載的方法，通過類型轉(zhuǎn)換產(chǎn)生參數(shù)匹配，若找到就調(diào)用它。
- 若上面三條都失敗，還沒有找都匹配的函數(shù)，則這個調(diào)用是一個錯誤的調(diào)用。