[C++]从入门到精通-template

DarkChunk
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为什么需要template特性？

总结: 本质上C++的template和Java的范性是一个东西，是高级语言中的语法糖，本质上编译生成的汇编代码，和同时使用重载特性生成的汇编码一样。

使用方法

#include <iostream>

// 模版例子
template <typename T>
T add(T a, T b) {
   return a + b;
}

int main() {
   // 使用整数
   std::cout << "整数相加: " << add(5, 3) << std::endl;
   
   // 使用浮点数
   std::cout << "浮点数相加: " << add(5.5, 3.7) << std::endl;
   
   // 使用字符
   std::cout << "字符相加: " << add('A', 1) << std::endl;

   return 0;
}

如上例子，相当于可以使用不同的数据类型来实现同一个方法，但这种方法其实C++中其他方法也能实现这种扩展的方法，例如如下重载的例子，但是现在只需要使用模版即可，并且从原理上看模版是从相当于塑造了一个编译器中的“抽象模版”，如果调用这个模版来进行代码生成，一个"代码蓝图"，编译器根据使用生成具体函数， 更抽象一些说，本质上操作系统是贴在裸金属上的一层皮，编译器是贴在操作系统上的一层皮，而C++等高级语言是长在编译器上的头发

int add(int a, int b) {
  return a + b;
}

double add(double a, double b) {
  return a + b;
}

char add(char a, int b) {
  return a + b;
}

原理

接下来说说 template依托那些计算机抽象来实现，这段逻辑是在编译器中进行实现，这里我们只关注编译器生成的汇编码是否有区别 PS: 以下内容可看可不看，不涉及到底层编译器开发的话，没必要知道，只是一堆逻辑 例如以下是分别使用模版和重载实现相同功能的业务代码，并使用linux命令进行汇编码生成

重载&模版C++代码实现

#include <iostream>
#include <string>
#include "template_example.hpp"

class Calculator {
public:
    // 整数加法重载
    int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }

    // 浮点数加法重载
    double add(double a, double b) {
        return a + b;
    }

    // 字符串连接重载
    std::string add(const std::string& a, const std::string& b) {
        return a + b;
    }
};

int main() {
    // 测试函数重载
    Calculator calc;
    std::cout << "整数相加: " << calc.add(5, 3) << std::endl;
    std::cout << "浮点数相加: " << calc.add(3.14, 2.86) << std::endl;
    std::cout << "字符串连接: " << calc.add("Hello, ", "World!") << std::endl;

    // 测试函数模板
    std::cout << "整数最大值: " << max(10, 20) << std::endl;
    std::cout << "浮点数最大值: " << max(3.14, 2.86) << std::endl;

    // 测试类模板
    Container<int> intContainer(42);
    Container<std::string> strContainer("Hello Template!");
    
    std::cout << "整数容器值: " << intContainer.getValue() << std::endl;
    std::cout << "字符串容器值: " << strContainer.getValue() << std::endl;

    return 0;
} 

#include <iostream>
#include <string>

// 使用模板方式实现计算器
template<typename T>
class TemplateCalculator {
public:
    // 加法
    T add(T a, T b) {
        return a + b;
    }
    
    // 减法
    T subtract(T a, T b) {
        return a - b;
    }
    
    // 乘法
    T multiply(T a, T b) {
        return a * b;
    }
};

int main() {
    TemplateCalculator<int> intCalc;
    TemplateCalculator<double> doubleCalc;
    
    // 测试整数运算
    std::cout << "Template Int: " << std::endl;
    std::cout << "1 + 2 = " << intCalc.add(1, 2) << std::endl;
    std::cout << "5 - 3 = " << intCalc.subtract(5, 3) << std::endl;
    std::cout << "4 * 2 = " << intCalc.multiply(4, 2) << std::endl;
    
    // 测试浮点运算
    std::cout << "\nTemplate Double: " << std::endl;
    std::cout << "1.5 + 2.3 = " << doubleCalc.add(1.5, 2.3) << std::endl;
    std::cout << "5.5 - 3.2 = " << doubleCalc.subtract(5.5, 3.2) << std::endl;
    std::cout << "4.2 * 2.1 = " << doubleCalc.multiply(4.2, 2.1) << std::endl;
    
    return 0;
}

Linux编译汇编码命令

g++ -S template_test.cpp -o template.s

结论

汇编太多就不放了， 总结就是两个代码生成的汇编代码语义完全相同，从使用体验来说template本质上就是一个语法糖。

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