C 中用函数模板实现和优化抽象操作

　摘要：本文介绍函数模板的概念、用途连同如何创建函数模板和函数模板的使用方法......

　　在创建完成抽象操作的函数时，如：拷贝，反转和排序，您必须定义多个版本以便能处理每一种数据类型。以 max() 函数为例，他返回两个参数中的较大者：

double max(double first, double second); complex max(complex first, complex second); date max(date first, date second); //..该函数的其他版本

　　尽管这个函数针对不同的数据类型其实现都是相同的，但程式员必须为每一种数据类型定义一个单独的版本：

double max(double first, double second) { 　return first＞second? first : second; } complex max(complex first, complex second) { 　return first＞second? first : second; } date max(date first, date second) { 　return first＞second? first : second; }

　　这样不但重复劳动，容易出错，而且还带来很大的维护和调试工作量。更糟的是，即使您在程式中不使用某个版本，其代码仍然增加可执行文档的大小，大多数编译器将不会从可执行文档中删除未引用的函数。

　　用普通函数来实现抽象操作会迫使您定义多个函数实例，从而招致不小的维护工作和调试开销。解决办法是使用函数模板代替普通函数。

　　使用函数模板

　　函数模板解决了上述任何的问题。类型无关并且只在需要时自动实例化。本文下面将展示如何定义函数模板以便抽象通用操作，示范其使用方法并讨论优化技术。

　　第一步：定义

　　函数模板的声明是在关键字 template 后跟随一个或多个模板在尖括弧内的参数和原型。和普通函数相对，他通常是在一个转换单元里声明，而在另一个单元中定义，您能够在某个头文档中定义模板。例如：

// file max.h #ifndef MAX_INCLUDED #define MAX_INCLUDED template ＜class T＞ T max(T t1, T t2) { 　return (t1 ＞ t2) ? t1 : t2; } #endif

　　＜class T＞ 定义 T 作为模板参数，或是占位符，当实例化 max()时，他将替代具体的数据类型。max 是函数名，t1和t2是其参数，返回值的类型为 T。您能够像使用普通的函数那样使用这个 max()。编译器按照所使用的数据类型自动产生相应的模板特化，或说是实例：

int n=10,m=16; int highest = max(n,m); // 产生 int 版本 std::complex＜double＞ c1, c2; //.. 给 c1,c2 赋值 std::complex＜double＞ higher=max(c1,c2); // complex 版本

　　第二步：改进设计

　　上述的 max() 的实现更有些土气——参数t1和t2是用值来传递的。对于像 int，float 这样的内建数据类型来说不是什么问题。但是，对于像std::complex 和 std::sting这样的用户定义的数据类型来说，通过引用来传递参数会更有效。此外，因为 max() 会认为其参数是不会被改变的，我们应该将 t1和t2声明为 const （常量）。下面是 max() 的改进版本：

template ＜class T＞ T max(const T& t1, const T& t2) { 　return (t1 ＞ t2) ? t1 : t2; }

　　额外的性能问题

　　很幸运，标准模板库或 STL 已在 ＜algorithm＞ 里定义了一个叫 std::max()的算法。因此，您不必重新发明。让我们考虑更加现实的例子，即字节排序。众所周知，TCP/IP 协议在传输多字节值时，需要使用 big endian 字节次序。因此，big endian 字节次序也被称为网络字节次序（network byte order）。假如目的主机使用 little endian 次序，必须将任何过来的所字节值转换成 little endian 次序。同样，在通过 TCP/IP 传输多字节值之前，主机必须将他们转换成网络字节次序。您的 socket 库声明四个函数，他们负责主机字节次序和网络字节次序之间的转换：

unsigned int htonl (unsigned int hostlong); unsigned short htons (unsigned short hostshort); unsigned int ntohl (unsigned int netlong); unsigned short ntohs (unsigned short netshort);

　　这些函数实现相同的操作：反转多字节值的字节。其唯一的差别是方向性连同参数的大小。很适合模板化。使用一个模板函数来替代这四个函数，我们能够定义一个聪明的模板，他会处理任何这四种情况连同更多种情形：

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

　　为了确定 T 实际的类型，我们使用 sizeof 操作符。此外，我们还使用 STL 的 std::reverse 算法来反转值的字节：

template ＜class T＞ T byte_reverse(T val) { 　// 将 val 作为字节流 　unsigned char *p=reinterpret_cast＜unsigned char*＞ (&val); 　std::reverse(p, p sizeof(val)); 　return val; }

　　使用方法

　　byte_reverse() 模板处理完全适用于任何情况。而且，他还能够不必修改任何代码而灵活地应用到其他原本（例如：64 位和128位）不支持的类型：

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