C++函數模板的模板參數類型轉換技術
2014-11-06 14:08:08何遠強李全艷彭海平龔紅仿
科技創新導報 2014年10期
何遠強++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大的、能方便的實現類屬編程的工具。該文討論了利用重載函數模板的方法實現模板參數類型的顯式轉換機制，并闡明了在實際應用中必須注意的問題。
關鍵詞：C++ 函數模板 重載函數 模板參數 類型轉換
中圖分類號：TP312 文獻標識碼：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大的、能方便的實現類屬編程的工具，它允許用戶構造類屬函數——模板函數。但在實際編程中，我們并不是直接定義模板函數，而是定義一類函數的抽象——函數模板，它以任意的數據類型T為參數及函數返回值，用將T實例化的模板參數再實例化函數模板，所得的函數就是模板函數。因而，函數模板并不是一個完全的函數，而是代表一類函數，只有用模板參數實例化后成為模板函數，才能完成具體的函數功能。
1 問題的提出
在模板函數實例化為函數模板時，盡管模板參數T可以實例化成各種類型，但是采用模板參數T的各參數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，定義的函數模板是比較兩個數的大小，數據類型既可以是系統預定義類型，也可以是用戶自定義類型。這里，由函數模板生成了三個模板函數，分別是用模板實參int、char、float將類型參數T實例化而得。 我們可以看出，只有當參數類型完全一致時，得到的模板函數才是正確的。當參數類型不一致時，例如 max（i，c），系統將提醒我們找不到與max（int，char）相匹配的函數定義。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，都可以隱式轉換，而且這種轉換是非常普遍的。因而，完全可以把函數max（int，char）認為是函數max（int，int）。但是，模板類型沒有這種識別能力，不具有隱式類型轉換的功能。 在實際編程的過程中，經常會使用函數模板解決功能相同的一類問題，既可以大大減少程序代碼、避免重復的定義，又可以增強程序的清晰性和可讀性，這就涉及到如何實現模板參數類型轉換機制的問題。 2 重載模板函數 解決這個問題的方法是允許函數模板參與重載，即可以用非模板函數重載一個同名的函數模板，有兩種表述方式： 其一，利用函數模板的函數體。非模板函數對函數模板的重載定義是通過借用函數模板的函數體。需要定義重載時，只需聲明，不用給出函數體，當執行此重載版本時會自動調用函數模板的函數體。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，此重載函數雖然借用了函數模板的函數體，但它支持數據類型間的隱式轉換。經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）等一系列函數變成為合理的和正確的調用。 其二，重新定義函數體。對于要重新定義函數體的重載函數，所帶參數的類型可以隨意，就像一般的重載函數一樣定義。例如，在上例中，比較兩個字符串的大小，可以重栽定義如下： char *max（char *x，char *y） {return（strcmp（x，y）>0）？x：y；} 但是，在一個實際的函數調用時，它既可以和一個重載函數相匹配或是參數隱式轉換后與某一重載函數相匹配，又可以與某一模板函數相匹配。究竟調用哪一個函數，需按照一定的規則安排先后次序。這些規則就是函數模板與同名的非模板函數的重載在調用時均需遵循的約定： （1）首先尋找一個參數完全匹配的函數，如果找到了就調用它。 （2）在（1）失敗后，尋找一個函數模板，使其實例化，產生一個匹配的模板函數，若找到了，就調用它。 （3）在上面均失敗后，再試一試低一級的對函數的重載方法，即通過類型轉換可產生參數匹配，若找到了，就調用它。 （4）若以上均失敗，則得出是一個錯誤調用的判定。 我們看一個重載函數模板的例子，根據上面的規則來判斷各函數的調用情況： #include #include template 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”>”運算符
}
//point類成員函數定義
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；
}
//重載函數定義
int max（int x，int y） //重新定義函數體
{ 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）； //調用func函數實現模板參數類型的轉換 point pa（2，5），pb（3，4），pc； pc=max（pa，pb）； //調用模板函數用point類類型實例化 cout<<"（"< cout< } 我們分析上面的程序，在主函數main（）中，調用func（i，c，f）函數。在func（i，c，f）函數中調用max（i，i）時，由于兩個參數均為整型，按照規則，首先查找完全匹配的函數進行調用，因此它調用的是int max（int，int）重載版本。 調用max（c，c）時，首先沒有找到完全匹配的函數，因此對函數模板進行實例化，它應該調用函數模板的實例化版本：char max（char，char）。 調用max（i，c）時，首先，查找完全匹配的版本，它與char max（int，char）完全匹配，因此就調用這個重載函數版本。 調用max（c，i）時，既找不到完全匹配的函數版本，又找不到能與之匹配的模板函數，所以只好試第三步，看對參數類型轉換后能否有匹配的，將max（c，i）中的c轉換成int型后與int max（int，int）匹配，因此就執行這個重載函數版本。 調用max（f，f）時，找不到與它完全匹配的函數，那么，函數模板實例化后的版本中的模板函數float max（float，float）可與它匹配，因此它就調用模板函數。 調用max（f，i）時，既找不到完全匹配的函數，又找不到合適的模板函數，只好對其參數進行類型轉換，其中f轉換為int類型后，與int max（int，int）相匹配，因此就調用這個重載函數版本。 在主函數main（）中，調用max（pa，pb）函數，由于兩個參數均為用戶自定義point類類型，找不到與它完全匹配的函數，那么，函數模板實例化后的版本中的模板函數point max（point，point）可與它匹配，因此它就調用模板函數。 在point類類型定義中，定義兩點分別到原點（0，0）的距離，作為兩點比較大小的依據，如某點離原點越遠，則認為該點越大。point類的成員函數point_sqrt（）求點到原點的距離，友員函數int operator>（point px，point py）用來重載”>”運算符，判斷point類對象的大小。 3 需要注意的問題 其一，利用模板函數的函數體重載定義非模板函數時，只需聲明，不用給出函數體，且聲明時必須注意各模板參數的實參類型必須一致。如：int max（int，int）等。 其二，重新定義重載函數體時，特別要注意避免產生預期的和非預期的二義性。例如，若對函數模板有這樣兩個重載函數： int max（int，int）； //重載聲明 char max（int x，char y） //重新定義 { …} 當進行函數調用時有這樣一個調用形式：max（i，f）； 此處i為int類型，f為float類型，系統無法決定該調用與這兩個重載函數中的哪一個相聯系，既可以將f轉換成int類型后調用max（int，int），又可以將f轉換成char類型后調用max（int，char）。這個函數調用就存在著二義性。 4 結語 該文討論了利用重載函數模板的方法實現模板參數類型的顯式轉換機制，并說明了在實際應用中必須注意的問題。事實上，在實際編程中，情況可能更復雜些，如用戶自定義結構類型、聯合類型、類類型參數的轉換等，均需視具體情況給出適當的輔助函數以實現模板參數類型的轉換。 參考文獻 [1] 王燕.面向對像的理論與C++實踐[M].北京：清華大學出版社，2002. [2] 錢能.C++程序設計教程[M].北京：清華大學出版社，2009. [3] 鄭阿奇.Visual c++教程[M].北京：機械工業出版社，2008. [4] [美]H.M.Deitel，P.J.Deitel著，C++大學教程[M].2版.邱仲潘，譯.北京：電子工業出版社，2003.
