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  • C++ 模板基础谈 [已结贴,结贴人:jadedrip]
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    发表于:2008-07-17 10:38:27 楼主
    打算给公司的同事上课,以便推广 C++ 模板,写了以下教程。希望能看到各种意见,以便完善它。

    C++ 模板基础谈

    1. 什么是模板
    模板定义:模板就是实现代码重用机制的一种工具,它可以实现类型参数化,即把类型定义为参数,从而实现了真正的代码可重用性。
    我们知道,C++ 是一种“强类型”的语言,也就是说一个变量,编译器必须确切的知道它的类型,而模板就是构建在这个强类型语言基础上的泛型系统。

    2. 模板的语法
    模板函数
    template < typename {类型参数名称}, [ int {Name}=...][, ...] >
    {函数定义}

    模板类
    template < typename ... , [ int {Name}=...] >
    class ...

    模板的参数可以是类型,或者是一个 int 型的值(或者可以转换为int 型的,比如 bool)。

    3. 模板的使用
    显式类型参数:对于模板函数,在函数名后添加 < {类型参数表} >。对于模板类,在类后添加 < {类型参数表} >
    隐式类型参数:对于模板函数,如果类型参数可以推导,那么可以省略类型参数表
    举个例子:
    template < typename T >
    T max( T a, T b )
    {
        return a < b ? b : a;
    }

    这个 max 函数就是一个模板函数,它可以传入一个 “类型”的参数,以便实现任意类型求最大值的效果。假设我们这样使用它:
    int x=5, y=10;
    int z=max <int>( x, y );
    这时候发生了什么呢?我们传入的“类型参数”是int,因此编译器在编译这段代码时会使用 int 来构造一个新函数:
    int max( int a, int b )
    {
        return a < b ? b : a;
    }
    后面的事就和编译普通的函数一样了,C++编译器继续使用强类型系统编译这个函数,由强类型系统来检查这个函数是否正确。
    这个过程叫做模板的“特化”,它发生在编译期,当编译器发现模板函数、模板类被使用(注意,不是定义)的时候进行的。这个系统实际上比较像宏,但是比宏更为智能。
    很明显,编译器必须知道模板如何特化这个函数,因此模板函数的实现,必须在“使用点”之前,因此模板库只能通过头文件库的形式来提供。

    4. 模板的类型推导
    对于函数,编译器是知道传入参数的类型的,比如上面的max,max < ? >( x, y ),由于第一个参数 x 是 int 类型的,那么 ? 这里需要填写什么呢?
    我们可以很明显的推断出应该是 "int",否则,后面的强类型系统将无法编译这个函数。编译器同样知道 x 的类型,因此它也能推导出“类型参数”,这时候我们调用时就可省略模板参数了。
    这个推导是按顺序来的,因此如果上面的 y 是其他类型,? 仍然会被推导为 int,如果y无法隐性转换为int,强类型编译时就会报错。

    5. 类型推导的隐式类型转换
    在决定模板参数类型前,编译器执行下列隐式类型转换:

        左值变换
        修饰字转换
        派生类到基类的转换

      见《C++ Primer》([注2],P500)对此主题的完备讨论。

    简而言之,编译器削弱了某些类型属性,例如我们例子中的引用类型的左值属性。举例来说,编译器用值类型实例化函数模板,而不是用相应的引用类型。

    同样地,它用指针类型实例化函数模板,而不是相应的数组类型。

    它去除const修饰,绝不会用const类型实例化函数模板,总是用相应的非 const类型,不过对于指针来说,指针和 const 指针是不同的类型。

    底线是:自动模板参数推导包含类型转换,并且在编译器自动决定模板参数时某些类型属性将丢失。这些类型属性可以在使用显式函数模板参数申明时得以保留。

    6. 模板的偏特化
    如果我们打算给模板函数(类)的某个特定类型写一个函数,就需要用到模板的偏特化,比如我们打算用 long 类型调用 max 的时候,返回小的值(原谅我举了不恰当的例子):
    template <>    // 这代表了下面是一个模板函数
    long max <long>( long a, long b )    // 对于 vc 来说,这里的 <long> 是可以省略的
    {
        return a > b ? b : a;
    }
    实际上,所谓偏特化,就是代替编译器完成了对指定类型的特化工作,现代的模板库中,大量的使用了这个技巧。

    7. 仿函数
    仿函数这个词经常会出现在模板库里(比如 STL),那么什么是仿函数呢?
    顾名思义:仿函数就是能像函数一样工作的东西,请原谅我用东西这样一个代词,下面我会慢慢解释。
    void dosome( int i )
    这个 dosome 是一个函数,我们可以这样来使用它: dosome(5);
    那么,有什么东西可以像这样工作么?
    答案1:重载了 () 操作符的对象,比如:
        struct DoSome
        {
            void operator()( int i );
        }
        DoSome dosome;
    这里类(对 C++ 来说,struct 和类是相同的) 重载了 () 操作符,因此它的实例 dosome 可以这样用 dosome(5); 和上面的函数调用一模一样,不是么?所以 dosome 就是一个仿函数了。

    实际上还有答案2:
        函数指针指向的对象。
        typedef void( *DoSomePtr )( int );
        typedef void( DoSome )( int );
        DoSomePtr *ptr=&func;
        DoSome& dosome=*ptr;
     
        dosome(5); // 这里又和函数调用一模一样了。
    当然,答案3 成员函数指针指向的成员函数就是意料之中的答案了。

    8. 仿函数的用处
    不管是对象还是函数指针等等,它们都是可以被作为参数传递,或者被作为变量保存的。因此我们就可以把一个仿函数传递给一个函数,由这个函数根据需要来调用这个仿函数(有点类似回调)。

    STL 模板库中,大量使用了这种技巧,来实现库的“灵活”。
    比如:
    for_each, 它的源代码大致如下:
    template < typename Iterator, typename Functor >
    void for_each( Iterator begin, Iterator end, Fucntor func )
    {
        for( ; begin!=end; begin++ )
            func( *begin );
    }

    这个 for 循环遍历了容器中的每一个元素,对每个元素调用了仿函数 func,这样就实现了 对“每个元素做同样的事”这样一种编程的思想。

    特别的,如果仿函数是一个对象,这个对象是可以有成员变量的,这就让 仿函数有了“状态”,从而实现了更高的灵活性。

    100  修改 删除 举报 引用 回复
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    发表于:2008-07-17 10:42:341楼 得分:0
    不错,呵呵
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    发表于:2008-07-17 10:42:572楼 得分:4
    traist技术要不要写?
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    发表于:2008-07-17 10:45:273楼 得分:0
    收下了
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    发表于:2008-07-17 10:46:584楼 得分:4
    最好给他们推荐本好书,没用过的人将这些是听不懂的。
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    • k2eats
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    发表于:2008-07-17 10:47:005楼 得分:5
    支持!
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    发表于:2008-07-17 10:50:256楼 得分:0
    to mingguang7213:
    我感觉已经说的够直白了吧。
    不管怎么说 他们 C++ 基础还是有的吧
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    发表于:2008-07-17 10:52:317楼 得分:20
    C/C++ code
    6. 模板的偏特化 如果我们打算给模板函数(类)的某个特定类型写一个函数,就需要用到模板的偏特化,比如我们打算用 long 类型调用 max 的时候,返回小的值(原谅我举了不恰当的例子): template <> // 这代表了下面是一个模板函数 long max <long>( long a, long b ) // 对于 vc 来说,这里的 <long> 是可以省略的 { return a > b ? b : a; } 实际上,所谓偏特化,就是代替编译器完成了对指定类型的特化工作,现代的模板库中,大量的使用了这个技巧。

    这是特化(specialization),不是偏特化(partial specialization)
    偏特化是这样的:
    C/C++ code
    template<class A, class B> class FF;


    对A B之中的一个特化,称为偏特化
    C/C++ code
    template<class A> class FF<A, int>;

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    发表于:2008-07-17 10:52:368楼 得分:5
    引用 5 楼 k2eats 的回复:
    支持!
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    发表于:2008-07-17 10:52:429楼 得分:5
    顶  不错哦
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    发表于:2008-07-17 10:53:2210楼 得分:0
    C/C++ code
    6. 模板的偏特化 如果我们打算给模板函数(类)的某个特定类型写一个函数,就需要用到模板的偏特化,比如我们打算用 long 类型调用 max 的时候,返回小的值(原谅我举了不恰当的例子): template <> // 这代表了下面是一个模板函数 long max <long>( long a, long b ) // 对于 vc 来说,这里的 <long> 是可以省略的 { return a > b ? b : a; } 实际上,所谓偏特化,就是代替编译器完成了对指定类型的特化工作,现代的模板库中,大量的使用了这个技巧。

    这是特化(specialization),不是偏特化(partial specialization)
    偏特化是这样的:
    C/C++ code
    template<class A, class B> class FF;


    对A B之中的一个特化,称为偏特化
    C/C++ code
    template<class A> class FF<A, int>;

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    • k2eats
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    发表于:2008-07-17 10:57:1611楼 得分:5
    建议提出STL这个概念
    函数模板和类模板分开讲, 函数模板的实例化讲多一点,还有类模板类型参数
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    发表于:2008-07-17 11:03:1612楼 得分:15
    关于模版类型的推导
    不显式写类型的话是参数不会做类型转换
    max(int, short)//error
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    发表于:2008-07-17 11:10:2513楼 得分:0
    恩,偏特化部分写错了
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    • akirya
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    发表于:2008-07-17 11:10:4014楼 得分:2
    人手几本书《C++Template全览》《C++Primer》
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    发表于:2008-07-17 11:14:5115楼 得分:2
    不知道您讲了这个后,指望他们能会啥?
    还不如先讲讲stl的使用呢。
    模板技术本身,只有肯厚书一条路。
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    发表于:2008-07-17 11:56:3316楼 得分:2
    我先学习学习..
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    发表于:2008-07-17 11:56:5717楼 得分:2
    精神上还是支持滴
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    发表于:2008-07-17 12:14:2118楼 得分:2
    引用 11 楼 k2eats 的回复:
    建议提出STL这个概念
    函数模板和类模板分开讲, 函数模板的实例化讲多一点,还有类模板类型参数
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    发表于:2008-07-17 12:15:3819楼 得分:0
    mark
    jf
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    发表于:2008-07-17 12:34:3120楼 得分:2
    太简单了。
    模板类,类模板,偏特化,全特化,模板递归,模板效率,模板架构,模板产生器都没有讲或是详细讲。
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    发表于:2008-07-17 13:42:5921楼 得分:2
    C++ 这门语言很难讲清楚,除非自己看书,遇到问题,你在指导
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    • weepy
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    发表于:2008-07-17 14:15:1022楼 得分:4
    我觉得假如一点模板基础都没有的话,开始讲挺难懂的。
    可以先给各实例, 模板类和模板函数,看看强大的功能,
    再讲这是模板的实现。。。

    嘿嘿。。。。接分。。。。
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    发表于:2008-07-17 14:44:3423楼 得分:2
    总结得挺好的
    对我有用 谢谢
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    发表于:2008-07-18 12:32:3824楼 得分:4
    第五条搞个例子
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    • sc_saga
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    发表于:2008-07-18 12:47:1125楼 得分:2
    好东西,正找这方面的呢
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    发表于:2008-07-18 13:55:5126楼 得分:4
    建议多讲讲STL,毕竟以后多数是使用STL
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    发表于:2008-07-18 14:02:4627楼 得分:1
    up
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    发表于:2008-07-18 14:15:0028楼 得分:4
    我觉得这些东西心里要留个映像,到开始用的到的时候再去翻阅相关书籍(手边应常备一本词典式经典书),一两次就能理解差不多了,直接看这些东西的话,感觉一下子是很难理解透的。
    还是在实践中更容易接受和理解。
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    发表于:2008-07-18 14:16:4329楼 得分:2
    mark
    lz弄好最终版update一下吧
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    发表于:2008-07-18 21:26:4130楼 得分:0
    lz已经算讲得很细心了,我这个初学者还是能懂的。
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    发表于:2008-07-18 22:43:3831楼 得分:0
    模板一种好的思想,我很支持,让软件重用更上一层楼。
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    发表于:2008-07-18 23:07:1132楼 得分:0
    引用 31 楼 hackers007 的回复:
    模板一种好的思想,我很支持,让软件重用更上一层楼。
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    发表于:2008-07-20 10:25:2733楼 得分:0
    收藏,备用
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