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模板初阶与STL简介以问答形式入门问答1.1 若用函数重载实现一个通用的交换函数存在哪些不好的地方呢答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。代码的可维护性比较低一个出错可能所有的重载均出错。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; } ......1.2 泛型编程的概念答泛型编程编写与类型无关的通用代码是代码复用的一种手段。模板是泛型编程的基础。模板分为两种1.函数模板 2.类模板。1.3 函数模板的概念及格式答1函数模板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。2函数模板格式templatetypename T1, typename T2,…,typename Tn返回值类型 函数名(参数列表){}templatetypename T void Swap( T left, T right) { T temp left; left right; right temp; }注意typename是用来定义模板参数关键字也可以使用class(切记不能使用struct代替class1.4 函数模板的原理答函数模板是一个蓝图它本身并不是函数是编译器用使用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。在编译器编译阶段对于模板函数的使用编译器需要根据传入的实参类型来推演生成对应类型的函数以供调用。比如当用double类型使用函数模板时编译器通过对实参类型的推演将T确定为double类型然后产生一份专门处理double类型的代码对于字符类型也是如此。1.5 函数模板的实例化是什么答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。1.隐式类型实例化让编译器根据实参推演模板参数的实际类型templateclass 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); Add(d1, d2); /* 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 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 Add(a1, d1); */ // 此时有两种处理方式1. 用户自己来强制转化 2. 使用显式实例化 Add(a, (int)d) return 0; }显式实例化在函数名后的中指定模板参数的实际类型int main(void) { int a 10; double b 20.0; // 显式实例化 Addint(a, b); return 0; }如果类型不匹配编译器会尝试进行隐式类型转换如果无法转换成功编译器将会报错。1.6 模板参数的匹配原则是什么答一个非模板函数可以和一个同名的函数模板同时存在而且该函数模板还可以被实例化为这个非模板函数。.对于非模板函数和同名函数模板如果其他条件都相同在调动时会优先调用非模板函数而不会从该模板产生出一个实例。如果模板可以产生一个具有更好匹配的函数 那么将选择模板。模板函数不允许自动类型转换但普通函数可以进行自动类型转换。第一条原则的例子// 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 templateclass T T Add(T left, T right) { return left right; } void Test() { Add(1, 2); // 与非模板函数匹配编译器不需要特化 Addint(1, 2); // 调用编译器特化的Add版本 }第二条原则的例子// 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 templateclass T1, class T2 T1 Add(T1 left, T2 right) { return left right; } void Test() { Add(1, 2); //与非函数模板类型完全匹配不需要函数模板实例化 Add(1, 2.0); //模板函数可以生成更加匹配的版本编译器根据实参生成更加匹配的Add函数 }1.7 类模板的定义格式答templateclass T1,class T2, …, class Tnclass 类模板名{//类内成员定义}例// 动态顺序表 // 注意Vector不是具体的类是编译器根据被实例化的类型生成具体类的模具 templateclass T class Vector { public : Vector(size_t capacity 10) : _pData(new T[capacity]) , _size(0) , _capacity(capacity) {} // 使用析构函数演示在类中声明在类外定义。 ~Vector(); void PushBack(const T data) void PopBack() // ... size_t Size() {return _size;} T operator[](size_t pos) { assert(pos _size); return _pData[pos]; } private: T* _pData; size_t _size; size_t _capacity; }; // 注意类模板中函数放在类外进行定义时需要加模板参数列表 template class T VectorT::~Vector() { if(_pData) delete[] _pData; _size _capacity 0; }1.8 类模板的实例化答类模板实例化与函数模板实例化不同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。// Vector类名Vectorint才是类型 Vectorint s1; Vectordouble s21.9 什么是STL答STL(standard template libaray-标准模板库)是C标准库的重要组成部分不仅是一个可复用的组件库而且是一个包罗数据结构与算法的软件框架。STL的版本原始版本Alexander Stepanov、Meng Lee 在惠普实验室完成的原始版本本着开源精神他们声明允许任何人任意 运用、拷贝、修改、传播、商业使用这些代码无需付费。唯一的条件就是也需要向原始版本一样做开源使 用。 HP 版本–所有STL实现版本的始祖。P. J. 版本由P. J. Plauger开发继承自HP版本被Windows Visual C采用不能公开或修改缺陷可读性比较低 符号命名比较怪异。RW版本由Rouge Wage公司开发继承自HP版本被C Builder 采用不能公开或修改可读性一般。SGI版本 由Silicon Graphics Computer SystemsInc公司开发继承自HP版本。被GCC(Linux)采用可移植性好 可公开、修改甚至贩卖从命名风格和编程风格上看阅读性非常高。我们后面学习STL要阅读部分源代码 主要参考的就是这个版本。1.10 STL的六大组件是什么答仿函数、算法、迭代器、空间配置器、容器、配接器。空间配置器 allocator负责内存的申请与释放容器存放数据string、vector、list、deque、map、set、multimap、multiset算法提供处理数据的通用算法sort/find/swap/reverse/merge迭代器 iterator容器与算法之间的桥梁仿函数greater、less可以作为算法的比较策略配接器 (适配器)stack、queue、priority_queue是对已有容器的包装。1.11 STL的缺陷答STL库的更新太慢。C98 是第一个纳入 STL 的正式 C 标准之后发布的 C03 只是对 C98 标准做勘误修复没有增加新的 STL 功能。从 C98 到 C11 间隔长达 13 年在这漫长时间内 STL 没有版本升级很多现代开发需要的数据结构哈希表等标准库都缺失只能依赖第三方 Boost 库直到 C11STL 才进行大规模的更新扩充。STL现在都没有支持线程安全。并发环境下需要我们自己加锁。且锁的粒度是比较大的。STL极度的追求效率导致内部比较复杂。比如类型萃取迭代器萃取。缺陷答STL库的更新太慢。C98 是第一个纳入 STL 的正式 C 标准之后发布的 C03 只是对 C98 标准做勘误修复没有增加新的 STL 功能。从 C98 到 C11 间隔长达 13 年在这漫长时间内 STL 没有版本升级很多现代开发需要的数据结构哈希表等标准库都缺失只能依赖第三方 Boost 库直到 C11STL 才进行大规模的更新扩充。STL现在都没有支持线程安全。并发环境下需要我们自己加锁。且锁的粒度是比较大的。STL极度的追求效率导致内部比较复杂。比如类型萃取迭代器萃取。STL的使用会有代码膨胀的问题比如使用vector/vector/vector这样会生成多份代码当然这是模板语法本身导致的。 模板初阶与STL简介（以问答形式入门）
模板初阶与STL简介以问答形式入门问答1.1 若用函数重载实现一个通用的交换函数存在哪些不好的地方呢答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。代码的可维护性比较低一个出错可能所有的重载均出错。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; } ......1.2 泛型编程的概念答泛型编程编写与类型无关的通用代码是代码复用的一种手段。模板是泛型编程的基础。模板分为两种1.函数模板 2.类模板。1.3 函数模板的概念及格式答1函数模板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。2函数模板格式templatetypename T1, typename T2,…,typename Tn返回值类型 函数名(参数列表){}templatetypename T void Swap( T left, T right) { T temp left; left right; right temp; }注意typename是用来定义模板参数关键字也可以使用class(切记不能使用struct代替class1.4 函数模板的原理答函数模板是一个蓝图它本身并不是函数是编译器用使用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。在编译器编译阶段对于模板函数的使用编译器需要根据传入的实参类型来推演生成对应类型的函数以供调用。比如当用double类型使用函数模板时编译器通过对实参类型的推演将T确定为double类型然后产生一份专门处理double类型的代码对于字符类型也是如此。1.5 函数模板的实例化是什么答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。1.隐式类型实例化让编译器根据实参推演模板参数的实际类型templateclass 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); Add(d1, d2); /* 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 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 Add(a1, d1); */ // 此时有两种处理方式1. 用户自己来强制转化 2. 使用显式实例化 Add(a, (int)d) return 0; }显式实例化在函数名后的中指定模板参数的实际类型int main(void) { int a 10; double b 20.0; // 显式实例化 Addint(a, b); return 0; }如果类型不匹配编译器会尝试进行隐式类型转换如果无法转换成功编译器将会报错。1.6 模板参数的匹配原则是什么答一个非模板函数可以和一个同名的函数模板同时存在而且该函数模板还可以被实例化为这个非模板函数。.对于非模板函数和同名函数模板如果其他条件都相同在调动时会优先调用非模板函数而不会从该模板产生出一个实例。如果模板可以产生一个具有更好匹配的函数 那么将选择模板。模板函数不允许自动类型转换但普通函数可以进行自动类型转换。第一条原则的例子// 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 templateclass T T Add(T left, T right) { return left right; } void Test() { Add(1, 2); // 与非模板函数匹配编译器不需要特化 Addint(1, 2); // 调用编译器特化的Add版本 }第二条原则的例子// 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 templateclass T1, class T2 T1 Add(T1 left, T2 right) { return left right; } void Test() { Add(1, 2); //与非函数模板类型完全匹配不需要函数模板实例化 Add(1, 2.0); //模板函数可以生成更加匹配的版本编译器根据实参生成更加匹配的Add函数 }1.7 类模板的定义格式答templateclass T1,class T2, …, class Tnclass 类模板名{//类内成员定义}例// 动态顺序表 // 注意Vector不是具体的类是编译器根据被实例化的类型生成具体类的模具 templateclass T class Vector { public : Vector(size_t capacity 10) : _pData(new T[capacity]) , _size(0) , _capacity(capacity) {} // 使用析构函数演示在类中声明在类外定义。 ~Vector(); void PushBack(const T data) void PopBack() // ... size_t Size() {return _size;} T operator[](size_t pos) { assert(pos _size); return _pData[pos]; } private: T* _pData; size_t _size; size_t _capacity; }; // 注意类模板中函数放在类外进行定义时需要加模板参数列表 template class T VectorT::~Vector() { if(_pData) delete[] _pData; _size _capacity 0; }1.8 类模板的实例化答类模板实例化与函数模板实例化不同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。// Vector类名Vectorint才是类型 Vectorint s1; Vectordouble s21.9 什么是STL答STL(standard template libaray-标准模板库)是C标准库的重要组成部分不仅是一个可复用的组件库而且是一个包罗数据结构与算法的软件框架。STL的版本原始版本Alexander Stepanov、Meng Lee 在惠普实验室完成的原始版本本着开源精神他们声明允许任何人任意 运用、拷贝、修改、传播、商业使用这些代码无需付费。唯一的条件就是也需要向原始版本一样做开源使 用。 HP 版本–所有STL实现版本的始祖。P. J. 版本由P. J. Plauger开发继承自HP版本被Windows Visual C采用不能公开或修改缺陷可读性比较低 符号命名比较怪异。RW版本由Rouge Wage公司开发继承自HP版本被C Builder 采用不能公开或修改可读性一般。SGI版本 由Silicon Graphics Computer SystemsInc公司开发继承自HP版本。被GCC(Linux)采用可移植性好 可公开、修改甚至贩卖从命名风格和编程风格上看阅读性非常高。我们后面学习STL要阅读部分源代码 主要参考的就是这个版本。1.10 STL的六大组件是什么答仿函数、算法、迭代器、空间配置器、容器、配接器。空间配置器 allocator负责内存的申请与释放容器存放数据string、vector、list、deque、map、set、multimap、multiset算法提供处理数据的通用算法sort/find/swap/reverse/merge迭代器 iterator容器与算法之间的桥梁仿函数greater、less可以作为算法的比较策略配接器 (适配器)stack、queue、priority_queue是对已有容器的包装。1.11 STL的缺陷答STL库的更新太慢。C98 是第一个纳入 STL 的正式 C 标准之后发布的 C03 只是对 C98 标准做勘误修复没有增加新的 STL 功能。从 C98 到 C11 间隔长达 13 年在这漫长时间内 STL 没有版本升级很多现代开发需要的数据结构哈希表等标准库都缺失只能依赖第三方 Boost 库直到 C11STL 才进行大规模的更新扩充。STL现在都没有支持线程安全。并发环境下需要我们自己加锁。且锁的粒度是比较大的。STL极度的追求效率导致内部比较复杂。比如类型萃取迭代器萃取。缺陷答STL库的更新太慢。C98 是第一个纳入 STL 的正式 C 标准之后发布的 C03 只是对 C98 标准做勘误修复没有增加新的 STL 功能。从 C98 到 C11 间隔长达 13 年在这漫长时间内 STL 没有版本升级很多现代开发需要的数据结构哈希表等标准库都缺失只能依赖第三方 Boost 库直到 C11STL 才进行大规模的更新扩充。STL现在都没有支持线程安全。并发环境下需要我们自己加锁。且锁的粒度是比较大的。STL极度的追求效率导致内部比较复杂。比如类型萃取迭代器萃取。STL的使用会有代码膨胀的问题比如使用vector/vector/vector这样会生成多份代码当然这是模板语法本身导致的。