C++ 템플릿

함수 템플릿

C++을 시작하면서 많은 사람들이 swap(int&, int&)와 같은 함수에 대한 유사한 코드는 다음과 같습니다.

void swap(int&a , int& b) {
    int temp = a;
    a =  b;
    b = temp;
}

그러나 긴 문자열, 사용자 정의 클래스 스왑 함수를 지원하려는 경우 코드는 위 코드와 유사하지만 유형은 다음과 같습니다. 이때는 swap 함수 템플릿을 정의하는데, 다양한 유형의 swap 함수 코드를 재사용할 수 있습니다. 함수 템플릿의 선언 형식은 다음과 같습니다.

template <class identifier> function_declaration;
template <typename identifier> function_declaration;

스왑 함수의 선언 및 정의 코드는 다음과 같습니다. 스왑 함수 템플릿은 다음과 같습니다.

//method.h
template<typename T> void swap(T& t1, T& t2);

#include "method.cpp"

//method.cpp

template<typename  T> void swap(T& t1, T& t2) {
    T tmpT;
    tmpT = t1;
    t1 = t2;
    t2 = tmpT;
}

위는 템플릿의 선언 및 정의입니다. 템플릿의 인스턴스화는 컴파일러에 의해 수행되며 수행할 작업은 없습니다. 그러면 위 템플릿을 어떻게 사용하는 걸까요? 코드는 다음과 같습니다.

//main.cpp
#include <stdio.h>
#include "method.h"
int main() {
    //模板方法 
    int num1 = 1, num2 = 2;
    swap<int>(num1, num2);
    printf("num1:%d, num2:%d\n", num1, num2);  
    return 0;
}

여기서는 swap 함수를 사용하는데, swap 정의를 포함해야 합니다. 그렇지 않으면 컴파일 오류가 발생합니다. .일반적인 기능 사용법과 다릅니다. 따라서 #include를 method.h 파일의 마지막 줄에 추가해야 합니다. "방법.cpp".

클래스 템플릿

간단한 스택 클래스를 작성한다고 가정해 보겠습니다. 이 스택은 int 유형, long 유형, 문자열 유형 등을 지원할 수 있습니다. 클래스 템플릿을 사용하지 않고 세 가지 코드를 작성해야 합니다. 위의 스택 클래스는 기본적으로 동일합니다. 클래스 템플릿을 통해 간단한 스택 템플릿을 정의한 다음 필요에 따라 int 스택, 긴 스택 또는 문자열 스택으로 인스턴스화할 수 있습니다.

//statck.h
template <class T> class Stack {
    public:
        Stack();
        ~Stack();
        void push(T t);
        T pop();
        bool isEmpty();
    private:
        T *m_pT;        
        int m_maxSize;
        int m_size;
};

#include "stack.cpp"

//stack.cpp
template <class  T>  Stack<T>::Stack(){
   m_maxSize = 100;      
   m_size = 0;
   m_pT = new T[m_maxSize];
}
template <class T>  Stack<T>::~Stack() {
   delete [] m_pT ;
}
        
template <class T> void Stack<T>::push(T t) {
    m_size++;
    m_pT[m_size - 1] = t;
    
}
template <class T> T Stack<T>::pop() {
    T t = m_pT[m_size - 1];
    m_size--;
    return t;
}
template <class T> bool Stack<T>::isEmpty() {
    return m_size == 0;
}

위에서는 클래스 템플릿인 스택을 정의합니다. 이 스택은 스택에서 최대 100개의 요소만 사용하는 방법을 설명하기 위한 것입니다. 사용 예는 다음과 같습니다.

//main.cpp
#include <stdio.h>
#include "stack.h"
int main() {
    Stack<int> intStack;
    intStack.push(1);
    intStack.push(2);
    intStack.push(3);
    
    while (!intStack.isEmpty()) {
        printf("num:%d\n", intStack.pop());
    }
    return 0;
}

템플릿 매개변수
템플릿에는 유형 매개변수, 일반 유형 매개변수 int 또는

template<class T, T def_val> class Stack{...}

과 같은 기본 템플릿 매개변수가 있을 수 있습니다. 위의 클래스 템플릿 스택에는 최대 100개의 요소만 지원할 수 있다는 제한이 있습니다. 템플릿 매개변수를 사용하여 이 스택의 최대 요소 수를 구성할 수 있습니다. 구성되지 않은 경우 기본 최대값을 100으로 설정합니다. 코드는 다음과 같습니다.

//statck.h
template <class T,int maxsize = 100> class Stack {
    public:
        Stack();
        ~Stack();
        void push(T t);
        T pop();
        bool isEmpty();
    private:
        T *m_pT;        
        int m_maxSize;
        int m_size;
};

#include "stack.cpp"

//stack.cpp
template <class T,int maxsize> Stack<T, maxsize>::Stack(){
   m_maxSize = maxsize;      
   m_size = 0;
   m_pT = new T[m_maxSize];
}
template <class T,int maxsize>  Stack<T, maxsize>::~Stack() {
   delete [] m_pT ;
}
        
template <class T,int maxsize> void Stack<T, maxsize>::push(T t) {
    m_size++;
    m_pT[m_size - 1] = t;
    
}
template <class T,int maxsize> T Stack<T, maxsize>::pop() {
    T t = m_pT[m_size - 1];
    m_size--;
    return t;
}
template <class T,int maxsize> bool Stack<T, maxsize>::isEmpty() {
    return m_size == 0;
}

사용 예는 다음과 같습니다.

//main.cpp
#include <stdio.h>
#include "stack.h"
int main() {
    int maxsize = 1024;
    Stack<int,1024> intStack;
    for (int i = 0; i < maxsize; i++) {
        intStack.push(i);
    }
    while (!intStack.isEmpty()) {
        printf("num:%d\n", intStack.pop());
    }
    return 0;
}

템플릿 전문화

템플릿을 사용하려면 템플릿 전문화를 사용할 수 있습니다. 예를 들어 우리가 정의한 스택 클래스 템플릿이 char* 유형 스택이라면 char 포인터만 저장되고 char 포인터가 가리키는 메모리가 있기 때문에 char의 모든 데이터를 스택 클래스에 복사하려고 합니다. 유효하지 않게 될 수 있으며, 스택에 의해 팝업된 스택 요소가 char 포인터가 가리키는 메모리가 유효하지 않을 수 있습니다. 우리가 정의한 swap 함수 템플릿도 있는데, 벡터나 리스트 같은 컨테이너 유형을 사용할 때 컨테이너에 저장된 객체가 크면 임시 대형 객체를 생성해야 하므로 메모리를 많이 차지하고 성능이 저하됩니다. 템플릿을 필요로 하는 것을 저장하려면 전문화가 이를 해결할 수 있습니다.

함수 템플릿 전문화

우리의 스왑 함수가 여러 요소를 포함하는 두 개의 벡터bd43222e33876353aff11e13a7dc75f6를 갖고 있다고 가정해 보겠습니다. t1은 t1의 모든 요소를 ​​복사해야 하는데, 이는 많은 메모리를 차지하고 성능 저하를 유발하므로 우리 시스템에서는 이 문제를 vector.swap 함수를 통해 해결합니다.

//method.h
template<class T> void swap(T& t1, T& t2);

#include "method.cpp"

#include <vector>
using namespace std;
template<class T> void swap(T& t1, T& t2) {
    T tmpT;
    tmpT = t1;
    t1 = t2;
    t2 = tmpT;
}

template<> void swap(std::vector<int>& t1, std::vector<int>& t2) {
    t1.swap(t2);
}

template 접두어는 이를 설명할 때 템플릿 매개변수가 필요하지 않은 특수화입니다.

//main.cpp
#include <stdio.h>
#include <vector>
#include <string>
#include "method.h"
int main() {
    using namespace std;
    //模板方法 
    string str1 = "1", str2 = "2";
    swap(str1, str2);
    printf("str1:%s, str2:%s\n", str1.c_str(), str2.c_str());  
    
    vector<int> v1, v2;
    v1.push_back(1);
    v2.push_back(2);
    swap(v1, v2);
    for (int i = 0; i < v1.size(); i++) {
        printf("v1[%d]:%d\n", i, v1[i]);
    }
    for (int i = 0; i < v2.size(); i++) {
        printf("v2[%d]:%d\n", i, v2[i]);
    }
    return 0;
}

swap 코드는 여전히 꽤 많습니다. Limited. 모든 벡터의 교환을 해결하기 위해 템플릿 전문화를 사용하려면 어떻게 해야 할까요? 다음 코드

template<> void swap(std::vector<int>& t1, std::vector<int>& t2) {
    t1.swap(t2);
}

만

template<class V> void swap(std::vector<V>& t1, std::vector<V>& t2) {
    t1.swap(t2);
}

. 다른 코드는 변경되지 않습니다.

클래스 템플릿 전문화

아래 비교 코드를 참고하세요:

//compare.h
template <class T>
 class compare
 {
  public:
  bool equal(T t1, T t2)
  {
       return t1 == t2;
  }
};

#include <iostream>
#include "compare.h"
 int main()
 {
  using namespace std;
  char str1[] = "Hello";
  char str2[] = "Hello";
  compare<int> c1;
  compare<char *> c2;   
  cout << c1.equal(1, 1) << endl;        //比较两个int类型的参数
  cout << c2.equal(str1, str2) << endl;   //比较两个char *类型的参数
  return 0;
 }

두 정수를 비교할 때 비교의 동일 방식은 맞지만 비교하는 경우 템플릿 매개변수가 char*이면 템플릿이 작동하지 않으므로 다음과 같이 수정합니다.

//compare.h
#include <string.h>
template <class T>
 class compare
 {
  public:
  bool equal(T t1, T t2)
  {
       return t1 == t2;
  }
};
   

template<>class compare<char *>  
{
public:
    bool equal(char* t1, char* t2)
    {
        return strcmp(t1, t2) == 0;
    }
};

main.cpp 파일은 변경되지 않은 상태로 유지되며 이 코드는 정상적으로 작동할 수 있습니다.

템플릿 유형 변환

우리 프로그램에서 Shape 및 Circle 클래스를 정의했다고 가정하면 코드는 다음과 같습니다.

//shape.h
class Shape {

};
class Circle : public Shape {
};

그러면 다음과 같이 사용하기를 바랍니다.

//main.cpp
#include <stdio.h>
#include "stack.h"
#include "shape.h"
int main() {
    Stack<Circle*> pcircleStack;
    Stack<Shape*> pshapeStack;
    pcircleStack.push(new Circle);
    pshapeStack = pcircleStack;
    return 0;
}

Stackbc7f3882d55c1dbc40436bcd5b582091가 Stackcc51a871aaa18ec6f9dc2002219878e3 그러나 코드가 이와 같이 작동하도록 하려면 변환 연산자를 정의해야 합니다.

//statck.h
template <class T> class Stack {
    public:
        Stack();
        ~Stack();
        void push(T t);
        T pop();
        bool isEmpty();
        template<class T2>  operator Stack<T2>();
    private:
        T *m_pT;        
        int m_maxSize;
        int m_size;
};

#include "stack.cpp"

template <class  T>  Stack<T>::Stack(){
   m_maxSize = 100;      
   m_size = 0;
   m_pT = new T[m_maxSize];
}
template <class T>  Stack<T>::~Stack() {
   delete [] m_pT ;
}
        
template <class T> void Stack<T>::push(T t) {
    m_size++;
    m_pT[m_size - 1] = t;
    
}
template <class T> T Stack<T>::pop() {
    T t = m_pT[m_size - 1];
    m_size--;
    return t;
}
template <class T> bool Stack<T>::isEmpty() {
    return m_size == 0;
}

template <class T> template <class T2>  Stack<T>::operator Stack<T2>() {
    Stack<T2> StackT2;
    for (int i = 0; i < m_size; i++) {
        StackT2.push((T2)m_pT[m_size - 1]);
    }
    return StackT2;
}

//main.cpp
#include <stdio.h>
#include "stack.h"
#include "shape.h"
int main() {
    Stack<Circle*> pcircleStack;
    Stack<Shape*> pshapeStack;
    pcircleStack.push(new Circle);
    pshapeStack = pcircleStack;
    return 0;
}

이런 방식으로 Stack< ;Circle> 또는 Stack은 Stack 또는 Stack으로 자동 변환될 수 있습니다.

기타

클래스에는 템플릿 매개변수가 없지만 멤버 함수에는 템플릿 매개변수가 있습니다.

class Util {
    public:
        template <class T> bool equal(T t1, T t2) {
            return t1 == t2;
        }
};

int main() {
    Util util;
    int a = 1, b = 2;
    util.equal<int>(1, 2);
    return 0;
}

할 수도 있습니다. Util을 static으로 선언하면 코드는 다음과 같습니다.

class Util {
    public:
         template <class T> static bool equal(T t1, T t2) {
            return t1 == t2;
        }
};

int main() {
    int a = 1, b = 2;
    Util::equal<int>(1, 2);
    return 0;
}