［導(dǎo)讀］ 最近使用C++做些編程，把日常遇到的些比較重要的概念總結(jié)分享一下。本文來分享一下模板類的原理，以及為什么需要模板類，使用時的基本要點(diǎn)。

為什么需要模板

比如需要設(shè)計(jì)一個描述點(diǎn)的類，大致很快可以寫成這樣：

class Point_F { public： /*默認(rèn)傳入參數(shù)為0，0*/ Point_F（float x0 = 0， float y0 = 0） ：x（x0）， y（y0） /*初始化列表*/ { } /*用const修飾函數(shù)，表示函數(shù)不會修改成員數(shù)據(jù)*/ float get_x（） const { return x; } float get_y（） const { return y; } private： /*一般會將數(shù)據(jù)放在私有區(qū)，以對外隱藏*/ float x; float y; };

可問題是，在有的場合這點(diǎn)的坐標(biāo)系有可能不需要浮點(diǎn)，比如界面設(shè)計(jì)中點(diǎn)往往是整型表示即可，那此時就需要再設(shè)計(jì)一個整型成員類：

class Point_I { public： /*默認(rèn)傳入?yún)?shù)為0，0*/ Point_f（int x0 = 0， int y0 = 0） ：x（x0）， y（y0） /*初始化列表*/ { } /*用const修飾函數(shù)，表示函數(shù)不會修改成員數(shù)據(jù)*/ int get_x（） const { return x; } int get_y（） const { return y; } private： /*一般會將數(shù)據(jù)放在私有區(qū)，以對外隱藏*/ int x; int y; };

可是在應(yīng)用代碼中，往往發(fā)現(xiàn)對于不同數(shù)據(jù)成員的應(yīng)用操作確實(shí)基本類似，而且應(yīng)用代碼往往這兩種（甚至更多成員數(shù)據(jù)類型）都可能會同時用到，僅僅因?yàn)閿?shù)據(jù)類型就需要笨笨的將原代碼在改寫一下，在現(xiàn)代高級語言中，這顯然就比較機(jī)械了。

C++中有沒有可能將不同成員數(shù)據(jù)類型但是其頂層邏輯相同的對象，設(shè)計(jì)為一個類呢？就比如：

C++模板編程正是為了解決這樣的需求而設(shè)計(jì)的機(jī)制。該機(jī)制允許函數(shù)或類使用泛型類型（generic type）進(jìn)行操作。從而，函數(shù)或類就可以處理許多不同的數(shù)據(jù)類型，而無需為每種數(shù)據(jù)類型重寫相應(yīng)的類或者函數(shù)。

怎么實(shí)現(xiàn)的呢？

這里又可以大致分這樣三種情況：

函數(shù)模板（Function templates）

類模板（Class templates）

**成員模板（Member templates） **

函數(shù)模板

函數(shù)模板其基本語法范式為：

template 《class identifier》 function_declaration; template 《typename identifier》 function_declaration;

template 為模板關(guān)鍵字

《typename identifier》 、《class identifier》 定義函數(shù)參數(shù)泛型類型或函數(shù)體類變量泛型類型

比如：

#include 《iostream》 using namespace std; template 《typename T》 T max（T a， T b） { return a 》 b ？ a ： b ; }

又或者寫成如下形式：

#include 《iostream》 using namespace std; template 《class T》 T max（T a， T b） { return a 》 b ？ a ： b ; }

那么或許有的朋友會任務(wù)關(guān)鍵字class就意味著自定義類，而typename則是基本數(shù)據(jù)類型，比如int，float等，這樣理解其實(shí)是不對的，從C++編譯器的角度template 《typename T》與template 《class T》其語義是一樣的，都是泛型，用戶在使用這個模板函數(shù)的時候，所傳入的參數(shù)都既可以是基本數(shù)據(jù)類型，也可以是類名。

對于上面的代碼，或許初使用的朋友還會問，是不是可以隨便傳入類，這有可能編譯不過。為什么呢？你傳入的類需要支持》操作符，如果對于某個類你想使用該函數(shù)，而本身不支持》操作符，則需要實(shí)現(xiàn)》操作符。

類模板

與函數(shù)模板類似，類內(nèi)部成員數(shù)據(jù)或者函數(shù)的參數(shù)或變量會使用，模板關(guān)鍵字定義的泛型名。比如：

template 《typename T》 class Point_T { public： Point_T（T x0 = 0， T y0 = 0） ：x（x0）， y（y0） { } T get_x（） const { return x; } T get_y（） const { return y; } private： T x; T y; };

這小段代碼就回答了之前提出的問題，可以支持不同數(shù)據(jù)類型的點(diǎn)。

int main（） { Point_T《int》 p1（1， 2）; Point_T《float》 p2（1.1f， 2.2f）; cout 《《 p1.get_x（） 《《 endl 《《 p1.get_y（） 《《 endl; cout 《《 p2.get_x（） 《《 endl 《《 p2.get_y（） 《《 endl; }

以上述簡單例子看，分別構(gòu)造了整型點(diǎn)p1，以及浮點(diǎn)型點(diǎn)p2，那么究竟怎么做到的呢？為了理解得更清楚，這里將其關(guān)鍵匯編代碼段拷貝下來簡要看看：

Point_T《int》 p1（1， 2）; 000C1D6C push 2 000C1D6E push 1 000C1D70 lea ecx，［p1］ 000C1D73 call Point_T《int》：：Point_T《int》 （0C11D1h） Point_T《float》 p2（1.1f， 2.2f）; 000C1D78 push ecx 000C1D79 movss xmm0，dword ptr ［__real@400ccccd （0C7B34h）］ 000C1D81 movss dword ptr ［esp］，xmm0 000C1D86 push ecx 000C1D87 movss xmm0，dword ptr ［__real@3f8ccccd （0C7B30h）］ 000C1D8F movss dword ptr ［esp］，xmm0 000C1D94 lea ecx，［p2］ 000C1D97 call Point_T《float》：：Point_T《float》 （0C1064h）

可見編譯器對不同類型參數(shù)實(shí)際上做了相應(yīng)解析，相當(dāng)于根據(jù)用戶程序傳入的參數(shù)編譯出相應(yīng)的多份代碼。所以可以簡單理解成編譯器根據(jù)不同泛型實(shí)際參數(shù)類型生成了相應(yīng)的處理代碼。而前面所說的模板函數(shù)其原理也基本類似。

總結(jié)一下

通過些簡單例子，梳理一下模板函數(shù)以及模板類的基本概念以及原理，理解了這兩個概念，就比較容易理解成員模板。所謂泛型模板編程，其本質(zhì)是編譯器針對不同參數(shù)類型解析解析生成相應(yīng)的處理代碼。學(xué)會使用模板泛型編程你會發(fā)現(xiàn)你會少寫很多代碼，代碼看起來會比較優(yōu)雅，而其實(shí)操作起來也沒有想象中那么難。

編輯：jq