泛型编程

C++是一门非常神奇的语言,从它诞生那天起,它就为了软件这座大厦打下了坚实的地基。C++语言的整体设计符合了一个程序员绝大多数的需求。

泛型编程是一种类似面向对象编程和面向过程编程的一种编程方式,这种方式我不确定是不是C++语言首次提出的,不过C++对这种编程方式提供了完整的语法规则。STL库的实现就是一个很好的例子。

首先,我们要明白泛型编程和面向对象编程都有一个目的,就是以某种方式达到一种多态的行为方式。
我初学泛型编程的时候,我也迷惑为什么会有这种编程方式,这种编程方式能否流行起来?如果能流行起来为什么没人用?仅仅使用一个STL的例子作为项目,是不是太不实用了?所以打一开始,我是不想学习这种编程方式的。

后来,在工作中,我也遇到了和STL库类似的问题,有大量的不同的数据类型,但是他们的操作都是相同的。这时候我的第一反应是使用宏替换,后来想起C++不提倡使用宏替换,就想到了我还有个泛型编程的方式,所以,就是这样,我接触了泛型编程。

可能是自己之前对计算技术的总结,在学习泛型编程的时候,并不会遇到特别多的学习障碍(毕竟工作使用C++都快5年了)。泛型编程的基本组成单位是模板,其中有函数模板和类模板两大类,类模板中还有个成员函数模板。针对特定的情况,模板还有个特化形式,对于类模板还有个偏特化的形式。模板的主要工作方式是实例化,有显示实例化, 也有隐士实例化。

我上面一段基本上把泛型编程涉及的重要概念都罗列清楚了,其实仔细想想,如果让你来设计这个模板,你也会这么做的,毕竟这个流程在我看来是最自然的。不过,每个概念的背后都有一堆的问题,毕竟这是和编译器打交道,最大的一个问题是实例化的过程,什么时候实例化,怎么实例化,实例化成了什么,这些是主要的问题。因为实例化以后,就和普通的面向对象编程和面向过程编程是一样的了。实例化就成了一个承上启下的作用。


函数模板

函数模板具有如下形式:

template<typename T>
int compare(const T & t1, const T & t2) 
{
    if (t1 < t2) return -1;
    if (t2 < t1) return 1;
    return 0;
}

实例代码:

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

template<typename T>
int compare(const T & t1, const T & t2) 
{
    if (t1 < t2) return -1;
    if (t2 < t1) return 1;
    return 0;
}

int main(int argc, char ** argv) 
{
    cout << compare(1, 2) << endl;
    cout << compare(1.1, 0.1) << endl;

    string s1 = "ss0";
    string s2 = "ss1";
    cout << compare(s1, s2) << endl;

    return 0;
}

输出:

函数模板输出

上述代码使用的是隐士实例化的方式。
不过你可能会问,如果两个参数类型不匹配会怎么样?答案是无法通过编译,因为不能有效的实例化,是不能生成有效的函数或者类的,从而无从谈其他的功能。
这里还有一个比较有意思的事情就是函数模板中的定义部分,定义部分采用了‘<’比较算法,这就是说,实例化后的参数必须具备这个功能才行。我们仔细想想会发现C字符串是不符合这个功能的,所以针对这种情况,我们需要特化这个函数模板。形式如下:

template<>
int compare(const char * const & t1, const char * const & t2)
{
    return strcmp(t1, t2);
}

实例代码:

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

template<typename T>
int compare(const T & t1, const T & t2) 
{
    if (t1 < t2) return -1;
    if (t2 < t1) return 1;
    return 0;
}

template<>
int compare(const char * const & t1, const char * const & t2)
{
    return strcmp(t1, t2);
}

int main(int argc, char ** argv) 
{
    cout << compare(1, 2) << endl;
    cout << compare(1.1, 0.1) << endl;

    string s1 = "ss0";
    string s2 = "ss0";
    cout << compare(s1, s2) << endl;

    const char * p1 = s1.c_str();
    const char * p2 = s2.c_str();

    cout << compare(p1, p2) << endl;

    return 0;
}

输出:

函数模板特化输出

这里其实有很多的细节问题,比如如何编译含有模板的工程?实例化时如果有重载的函数又会怎样?实例化的时候希望返回结构返回实例化中类型比较大的类型如何操作?这些都是非常细节的问题,工作的过程中应该慢慢积累!这里不再详细介绍。

本文的重点是通过函数模板的例子,窥探整个的泛型编程。

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