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        C++函數(shù)模板的模板參數(shù)類型轉(zhuǎn)換技術(shù)

        2014-11-06 14:08:08何遠(yuǎn)強(qiáng)李全艷彭海平龔紅仿
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) 2014年10期

        何遠(yuǎn)強(qiáng)++李全艷++彭海平++龔紅仿

        摘 要:模板是C++為用戶提供的一種功能非常強(qiáng)大的、能方便的實(shí)現(xiàn)類屬編程的工具。該文討論了利用重載函數(shù)模板的方法實(shí)現(xiàn)模板參數(shù)類型的顯式轉(zhuǎn)換機(jī)制,并闡明了在實(shí)際應(yīng)用中必須注意的問題。

        關(guān)鍵詞:C++ 函數(shù)模板 重載函數(shù) 模板參數(shù) 類型轉(zhuǎn)換

        中圖分類號:TP312 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2014)04(a)-0019-02

        模板是C++為用戶提供的一種功能非常強(qiáng)大的、能方便的實(shí)現(xiàn)類屬編程的工具,它允許用戶構(gòu)造類屬函數(shù)——模板函數(shù)。但在實(shí)際編程中,我們并不是直接定義模板函數(shù),而是定義一類函數(shù)的抽象——函數(shù)模板,它以任意的數(shù)據(jù)類型T為參數(shù)及函數(shù)返回值,用將T實(shí)例化的模板參數(shù)再實(shí)例化函數(shù)模板,所得的函數(shù)就是模板函數(shù)。因而,函數(shù)模板并不是一個(gè)完全的函數(shù),而是代表一類函數(shù),只有用模板參數(shù)實(shí)例化后成為模板函數(shù),才能完成具體的函數(shù)功能。

        1 問題的提出

        在模板函數(shù)實(shí)例化為函數(shù)模板時(shí),盡管模板參數(shù)T可以實(shí)例化成各種類型,但是采用模板參數(shù)T的各參數(shù)之間必須保持完全一致的類型。我們先看下面的例子:

        template

        T max(T x,T y)

        { return (x>y)?x:y;

        }

        void main()

        { int i=10;

        char c=a;

        float f=4.374;

        cout<

        cout<

        cout<

        cout<

        cout<

        cout<

        cout<

        }

        在上面的例子中,定義的函數(shù)模板是比較兩個(gè)數(shù)的大小,數(shù)據(jù)類型既可以是系統(tǒng)預(yù)定義類型,也可以是用戶自定義類型。這里,由函數(shù)模板生成了三個(gè)模板函數(shù),分別是用模板實(shí)參int、char、float將類型參數(shù)T實(shí)例化而得。

        我們可以看出,只有當(dāng)參數(shù)類型完全一致時(shí),得到的模板函數(shù)才是正確的。當(dāng)參數(shù)類型不一致時(shí),例如 max(i,c),系統(tǒng)將提醒我們找不到與max(int,char)相匹配的函數(shù)定義。然而,在C++中,int類型和char類型之間、flot類型與int類型之間、float類型與double類型之間等,都可以隱式轉(zhuǎn)換,而且這種轉(zhuǎn)換是非常普遍的。因而,完全可以把函數(shù)max(int,char)認(rèn)為是函數(shù)max(int,int)。但是,模板類型沒有這種識別能力,不具有隱式類型轉(zhuǎn)換的功能。

        在實(shí)際編程的過程中,經(jīng)常會使用函數(shù)模板解決功能相同的一類問題,既可以大大減少程序代碼、避免重復(fù)的定義,又可以增強(qiáng)程序的清晰性和可讀性,這就涉及到如何實(shí)現(xiàn)模板參數(shù)類型轉(zhuǎn)換機(jī)制的問題。

        2 重載模板函數(shù)

        解決這個(gè)問題的方法是允許函數(shù)模板參與重載,即可以用非模板函數(shù)重載一個(gè)同名的函數(shù)模板,有兩種表述方式:

        其一,利用函數(shù)模板的函數(shù)體。非模板函數(shù)對函數(shù)模板的重載定義是通過借用函數(shù)模板的函數(shù)體。需要定義重載時(shí),只需聲明,不用給出函數(shù)體,當(dāng)執(zhí)行此重載版本時(shí)會自動調(diào)用函數(shù)模板的函數(shù)體。例如,在上例中,可以作如下聲明:

        int max(int,int);

        這樣就完成了重載聲明,此重載函數(shù)雖然借用了函數(shù)模板的函數(shù)體,但它支持?jǐn)?shù)據(jù)類型間的隱式轉(zhuǎn)換。經(jīng)過這樣和重載定義后,使得max(int,char), max(char,int), max(float,int), max(int,float), max(double,int), max(double,float)等一系列函數(shù)變成為合理的和正確的調(diào)用。

        其二,重新定義函數(shù)體。對于要重新定義函數(shù)體的重載函數(shù),所帶參數(shù)的類型可以隨意,就像一般的重載函數(shù)一樣定義。例如,在上例中,比較兩個(gè)字符串的大小,可以重栽定義如下:

        char *max(char *x,char *y)

        {return(strcmp(x,y)>0)?x:y;}

        但是,在一個(gè)實(shí)際的函數(shù)調(diào)用時(shí),它既可以和一個(gè)重載函數(shù)相匹配或是參數(shù)隱式轉(zhuǎn)換后與某一重載函數(shù)相匹配,又可以與某一模板函數(shù)相匹配。究竟調(diào)用哪一個(gè)函數(shù),需按照一定的規(guī)則安排先后次序。這些規(guī)則就是函數(shù)模板與同名的非模板函數(shù)的重載在調(diào)用時(shí)均需遵循的約定:

        (1)首先尋找一個(gè)參數(shù)完全匹配的函數(shù),如果找到了就調(diào)用它。

        (2)在(1)失敗后,尋找一個(gè)函數(shù)模板,使其實(shí)例化,產(chǎn)生一個(gè)匹配的模板函數(shù),若找到了,就調(diào)用它。

        (3)在上面均失敗后,再試一試低一級的對函數(shù)的重載方法,即通過類型轉(zhuǎn)換可產(chǎn)生參數(shù)匹配,若找到了,就調(diào)用它。

        (4)若以上均失敗,則得出是一個(gè)錯(cuò)誤調(diào)用的判定。

        我們看一個(gè)重載函數(shù)模板的例子,根據(jù)上面的規(guī)則來判斷各函數(shù)的調(diào)用情況:

        #include

        #include

        template //定義函數(shù)模板

        T max(T x,T y)

        { cout<<"This is a template function! The max is: ";

        return (x>y)?x:y;

        }

        class point //定義類類型

        { float x,y;

        public:

        point(float x=0,float y=0);

        float getx(){return x;}

        float gety(){return y;}

        float point_sqrt();

        friend int operator>(point px,point py); //用友元重載”>”運(yùn)算符

        }

        //point類成員函數(shù)定義

        point::point(float x,float y)

        { point::x=x;

        point::y=y;

        }

        float point::point_sqrt()

        { return sqrt(x*x+y*y);}

        int operator>(point px,point py)

        { if (px.point_sqrt()>py.point_sqrt()) return 1;

        else return 0;

        }

        //重載函數(shù)定義

        int max(int x,int y) //重新定義函數(shù)體

        { cout<<"This is the overload function with int,int! The max is: ";

        return (x>y)?x:y;

        }

        char max(int x,char y) //重新定義函數(shù)體

        {cout<<"This is the overload function with int,char! The max is:";

        return (x>y)?x:y;

        }

        void func(int i,char c,float f)

        {cout<

        cout<

        cout<

        cout<

        cout<

        cout<

        }

        void main()

        { int i; char c; float f;

        …… //輸入i,c,f

        func(i,c,f); //調(diào)用func函數(shù)實(shí)現(xiàn)模板參數(shù)類型的轉(zhuǎn)換

        point pa(2,5),pb(3,4),pc;

        pc=max(pa,pb); //調(diào)用模板函數(shù)用point類類型實(shí)例化

        cout<<"("<

        cout<

        }

        我們分析上面的程序,在主函數(shù)main()中,調(diào)用func(i,c,f)函數(shù)。在func(i,c,f)函數(shù)中調(diào)用max(i,i)時(shí),由于兩個(gè)參數(shù)均為整型,按照規(guī)則,首先查找完全匹配的函數(shù)進(jìn)行調(diào)用,因此它調(diào)用的是int max(int,int)重載版本。

        調(diào)用max(c,c)時(shí),首先沒有找到完全匹配的函數(shù),因此對函數(shù)模板進(jìn)行實(shí)例化,它應(yīng)該調(diào)用函數(shù)模板的實(shí)例化版本:char max(char,char)。

        調(diào)用max(i,c)時(shí),首先,查找完全匹配的版本,它與char max(int,char)完全匹配,因此就調(diào)用這個(gè)重載函數(shù)版本。

        調(diào)用max(c,i)時(shí),既找不到完全匹配的函數(shù)版本,又找不到能與之匹配的模板函數(shù),所以只好試第三步,看對參數(shù)類型轉(zhuǎn)換后能否有匹配的,將max(c,i)中的c轉(zhuǎn)換成int型后與int max(int,int)匹配,因此就執(zhí)行這個(gè)重載函數(shù)版本。

        調(diào)用max(f,f)時(shí),找不到與它完全匹配的函數(shù),那么,函數(shù)模板實(shí)例化后的版本中的模板函數(shù)float max(float,float)可與它匹配,因此它就調(diào)用模板函數(shù)。

        調(diào)用max(f,i)時(shí),既找不到完全匹配的函數(shù),又找不到合適的模板函數(shù),只好對其參數(shù)進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換,其中f轉(zhuǎn)換為int類型后,與int max(int,int)相匹配,因此就調(diào)用這個(gè)重載函數(shù)版本。

        在主函數(shù)main()中,調(diào)用max(pa,pb)函數(shù),由于兩個(gè)參數(shù)均為用戶自定義point類類型,找不到與它完全匹配的函數(shù),那么,函數(shù)模板實(shí)例化后的版本中的模板函數(shù)point max(point,point)可與它匹配,因此它就調(diào)用模板函數(shù)。

        在point類類型定義中,定義兩點(diǎn)分別到原點(diǎn)(0,0)的距離,作為兩點(diǎn)比較大小的依據(jù),如某點(diǎn)離原點(diǎn)越遠(yuǎn),則認(rèn)為該點(diǎn)越大。point類的成員函數(shù)point_sqrt()求點(diǎn)到原點(diǎn)的距離,友員函數(shù)int operator>(point px,point py)用來重載”>”運(yùn)算符,判斷point類對象的大小。

        3 需要注意的問題

        其一,利用模板函數(shù)的函數(shù)體重載定義非模板函數(shù)時(shí),只需聲明,不用給出函數(shù)體,且聲明時(shí)必須注意各模板參數(shù)的實(shí)參類型必須一致。如:int max(int,int)等。

        其二,重新定義重載函數(shù)體時(shí),特別要注意避免產(chǎn)生預(yù)期的和非預(yù)期的二義性。例如,若對函數(shù)模板有這樣兩個(gè)重載函數(shù):

        int max(int,int); //重載聲明

        char max(int x,char y) //重新定義

        { …}

        當(dāng)進(jìn)行函數(shù)調(diào)用時(shí)有這樣一個(gè)調(diào)用形式:max(i,f);

        此處i為int類型,f為float類型,系統(tǒng)無法決定該調(diào)用與這兩個(gè)重載函數(shù)中的哪一個(gè)相聯(lián)系,既可以將f轉(zhuǎn)換成int類型后調(diào)用max(int,int),又可以將f轉(zhuǎn)換成char類型后調(diào)用max(int,char)。這個(gè)函數(shù)調(diào)用就存在著二義性。

        4 結(jié)語

        該文討論了利用重載函數(shù)模板的方法實(shí)現(xiàn)模板參數(shù)類型的顯式轉(zhuǎn)換機(jī)制,并說明了在實(shí)際應(yīng)用中必須注意的問題。事實(shí)上,在實(shí)際編程中,情況可能更復(fù)雜些,如用戶自定義結(jié)構(gòu)類型、聯(lián)合類型、類類型參數(shù)的轉(zhuǎn)換等,均需視具體情況給出適當(dāng)?shù)妮o助函數(shù)以實(shí)現(xiàn)模板參數(shù)類型的轉(zhuǎn)換。

        參考文獻(xiàn)

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