C 中用函式模板實現和優化抽象操作

2021-03-31 15:50:04 字數 2605 閱讀 4009

摘要:本文介紹函式模板的概念、用途以及如何建立函式模板和函式模板的使用方法......

在建立完成抽象操作的函式時,如:拷貝,反轉和排序,你必須定義多個版本以便能處理每一種資料型別。以 max() 函式為例,它返回兩個引數中的較大者:

double max(double first, double second);

***plex max(***plex first, ***plex second);

date max(date first, date second);

//..該函式的其它版本

儘管這個函式針對不同的資料型別其實現都是一樣的,但程式設計師必須為每一種資料型別定義乙個單獨的版本:

double max(double first, double second)

***plex max(***plex first, ***plex second)

date max(date first, date second)

這樣不但重複勞動,容易出錯,而且還帶來很大的維護和除錯工作量。更糟的是,即使你在程式中不使用某個版本,其**仍然增加可執行檔案的大小,大多數編譯器將不會從可執行檔案中刪除未引用的函式。

用普通函式來實現抽象操作會迫使你定義多個函式例項,從而招致不小的維護工作和除錯開銷。解決辦法是使用函式模板代替普通函式。

使用函式模板

函式模板解決了上述所有的問題。型別無關並且只在需要時自動例項化。本文下面將展示如何定義函式模板以便抽象通用操作,示範其使用方法並討論優化技術。

第一步:定義

函式模板的宣告是在關鍵字 template 後跟隨乙個或多個模板在尖括弧內的引數和原型。與普通函式相對,它通常是在乙個轉換單元裡宣告,而在另乙個單元中定義,你可以在某個標頭檔案中定義模板。例如:

// file max.h

#ifndef max_included

#define max_included

template <class t> t max(t t1, t t2)

#endif

<class t> 定義 t 作為模板引數,或者是佔位符,當例項化 max()時,它將替代具體的資料型別。max 是函式名,t1和t2是其引數,返回值的型別為 t。你可以像使用普通的函式那樣使用這個 max()。編譯器按照所使用的資料型別自動產生相應的模板特化,或者說是例項:

int n=10,m=16;

int highest = max(n,m); // 產生 int 版本

std::***plex<double> c1, c2;

//.. 給 c1,c2 賦值

std::***plex<double> higher=max(c1,c2); // ***plex 版本 

第二步:改進設計

上述的 max() 的實現還有些土氣——引數t1和t2是用值來傳遞的。對於像 int,float 這樣的內建資料型別來說不是什麼問題。但是,對於像std::***plex 和 std::sting這樣的使用者定義的資料型別來說,通過引用來傳遞引數會更有效。此外,因為 max() 會認為其引數是不會被改變的,我們應該將 t1和t2宣告為 const (常量)。下面是 max() 的改進版本:

template <class t> t max(const t& t1, const t& t2)

額外的效能問題

很幸運,標準模板庫或 stl 已經在 <algorithm> 裡定義了乙個叫 std::max()的演算法。因此,你不必重新發明。讓我們考慮更加現實的例子,即位元組排序。眾所周知,tcp/ip 協議在傳輸多位元組值時,要求使用 big endian 位元組次序。因此,big endian 位元組次序也被稱為網路位元組次序(***work byte order)。如果目的主機使用 little endian 次序,必須將所有過來的所位元組值轉換成 little endian 次序。同樣,在通過 tcp/ip 傳輸多位元組值之前,主機必須將它們轉換成網路位元組次序。你的 socket 庫宣告四個函式,它們負責主機位元組次序和網路位元組次序之間的轉換:

unsigned int htonl (unsigned int hostlong);

unsigned short htons (unsigned short hostshort);

unsigned int ntohl (unsigned int ***long);

unsigned short ntohs (unsigned short ***short); 

這些函式實現相同的操作:反轉多位元組值的位元組。其唯一的差別是方向性以及引數的大小。非常適合模板化。使用乙個模板函式來替代這四個函式,我們可以定義乙個聰明的模板,它會處理所有這四種情況以及更多種情形:

template <class t> t byte_reverse(t val);

為了確定 t 實際的型別,我們使用 sizeof 操作符。此外,我們還使用 stl 的 std::reverse 演算法來反轉值的位元組:

template <class t> t byte_reverse(t val)

使用方法

byte_reverse() 模板處理完全適用於所有情況。而且,它還可以不必修改任何**而靈活地應用到其它原本(例如:64 位和128位)不支援的型別:

int main()

注:模板使用不當會影響.exe 檔案的大小,也就是常見的**浮腫問題。

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在建立完成抽象操作的函式時,如 拷貝,反轉和排序,你必須定義多個版本以便能處理每一種資料型別。以 max 函式為例,它返回兩個引數中的較大者 double max double first,double second complex max complex first,complex second ...

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