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

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(hào)：TP312 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(shí)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(huì)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(duì)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(huì)自動(dòng)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(duì)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(jí)的對(duì)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(lái)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(duì)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(duì)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(duì)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(lái)重載”>”運(yùn)算符，判斷point類對(duì)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(duì)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(wú)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(yǔ)

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。

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