12 | 编译期多态:泛型编程和模板入门
12 | 编译期多态:泛型编程和模板入门
讲述:吴咏炜
时长13:21大小9.16M
面向对象和多态
容器类的共性
C++ 模板
定义模板
实例化模板
特化模板
“动态”多态和“静态”多态的对比
内容小结
课后思考
参考资料
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提建议
精选留言(19)
- Geek_077da02019-12-23老师您好,看到这一讲想问一个一直想问的问题。我是一个在校学生,目前学完了c++的基本语法知识并且看了一些相关的书籍,但平时能自己动手写代码的机会只有刷leetcode的时候,想请问一下老师,在去公司实习之前,有没有什么项目适合初学者练练手的。不然感觉自己看了这么多理论终究只是在纸上谈兵。
作者回复: 可以尝试把平时用 Python、Bash 写的小工具改成用 C++。使用现代 C++,这种处理也不会太麻烦。 还有就是小的网络应用、数据处理应用等等。Leetcode 是考算法的,对语言技巧是没啥帮助。
12 - panda2020-01-05第一题通过查阅资料,c++的多态性分专用多态和通用多态,专用多态又分重载多态和强制多态,通用多态又分包含多态和参数多态。 重载多态:函数重载和操作符重载。 强制多态:使一个变量类型加以变化让其符合函数操作的要求。 如:double a = 1.0; int b = 2; double c = a + b; 此时b会强制转换成double再进行+操作。 包含多态:虚函数重构。 参数多态:课程里的函数模板。 第二题,对各语言了解太浅,需老师给出解答。展开
作者回复: 思考题有些是没有固定答案的,就是希望大家去思考一下。多态的分类也有很多种。包含多态、参数多态和重载多态都是常见的提法,但强制多态这个说法我不熟,查了一下才确定有这种说法,感觉和一般的多态这个词的理解还是有点差异的…… 就这第二题而言,也是希望大家去比较学习过的其他语言。这基本上取决于语言本身在类型方面的特性。 以 Python 为例,它是动态类型的语言。所以它不会有真正的静态多态。但和静态类型的面向对象语言(如 Java)不同,它的运行期多态不需要继承。没有参数化多态初看是个缺陷,但由于 Python 的动态参数系统允许默认参数和可变参数,并没有什么参数化多态能做得到而 Python 做不到的事。
9 - Jason2020-01-14老师,在参考资料3中,针对模板重载解析的例子 // template <class T> // //(a)与 void f(T)之前相同的旧基础模板 ; template <> // //(c)显式专业化,这一次(a) void f <>(int *); template <class T> // //(b)第二个基本模板,重载(a) void f(T *); // ... int * p; f(p); 是否针对int*的全特化在(a)的后面,就是属于(a)的基础模板的全特化,在(b)后面就是(b)的全特化。所以int*全特化放置的位置不同,导致了模板裁决时,因为选取了不同的基础模板而导致了不同的结果。是这样吗?展开
作者回复: 是的,这是个大坑,所以Herb建议对函数用重载就行了,不会有惊讶的行为。
7 - geek2021-03-06老师,静态断言示例中: template <bool> struct compile_time_error; 此处模板参数是bool和是typename T这种有什么区别吗? 另外 compile_time_error<bool(Expr)> \ ERROR_##_Msg; \ 这里我理解在条件为真时,是不是会定义一个名字为ERROR__MSG的对象?但用nm在.o文件中没看到。 最后 (void)ERROR_##_Msg;这句有啥作用啊?去掉之前和之后,似乎没啥区别。展开
作者回复: 模板参数可以是值(写出类型名)或者类型(写typename)。这个例子里参数是个bool值。 临时变量不会产生一个全局的符号,在nm里都看不到的。 (void)这行的作用是抑制编译器的变量未使用告警。这是常见的显式告诉编译器不要对变量未使用进行告警的方式。
4 - 陈舸2020-02-11看到编译期多态,我以为会讲一讲利用模板做static_cast<T*>(this)->implementation()的技巧。这种方法可以在编译期决定要实际调用的函数是哪一个,就可以不用虚函数了。64位平台下对于小型的类可以节省不少空间。
作者回复: 这个可以用 SFINAE(第 14 讲)或 if constexpr(第 15 讲)做到。
1 - Jason2020-01-16老师,在c++的多态中,有没有一种方式可以通过基类的指针获取实际子类的类型呢?比如我定义的两个protobuf的类型里都有user_id的字段,在代码中为了通用(不想每个类型写一个函数),反射出来传递给外围都是pb的基类指针,因为要设置子类的成员就必须要强制类型转换,但是这种情况下又拿不到子类的实际类型去做转换。decltype(基类)得到的还是基类类型
作者回复: decltype 得到的是编译期的类型。你需要的是运行期的类型,C++ 里挺有争议(跟异常类似)的功能——RTTI。(还是要强调一句,你应该考虑是否用虚函数可以达到你需要的功能。很多项目,如 Google 的,会禁用 RTTI。) 你可以用 dynamic_cast 来转换成你需要的指针类型,如果类型不对,会得到空指针。你也可以用 typeid 直接来获取对象的实际类型。下面的代码演示一下(需要 Boost;没有安装 Boost 请自行调整,也只是不能输出友好类名而已): #include <iostream> #include <typeinfo> #include <boost/core/demangle.hpp> using namespace std; using boost::core::demangle; class shape { public: virtual ~shape() {} }; class circle : public shape { }; int main() { shape* ptr = new circle(); auto& type = typeid(*ptr); cout << type.name() << endl; cout << demangle(type.name()) << endl; cout << boolalpha; cout << (type == typeid(shape) ? "is shape\n" : ""); cout << (type == typeid(circle) ? "is circle\n" : ""); delete ptr; } 在 GCC 下的输出: 6circle circle is circle
2 - EncodedStar2020-01-031.C++ 支持2种吧, 静态多态和动态多态,静态多态它在编译器,通过函数重载,用算符重载的方式被调用者使用,动态多态也叫运行时多态,它可以通过虚函数和继承来实现,实现是,编译器会将进程运行过程中动态绑定 2.支持多态的语言一般是面向对象的语言,所以并非所有的都有。
作者回复: 还不够全面。可以读读参考资料。
共 2 条评论1 - 陈宣羽2022-05-27不是纯虚函数子类一定要实现吗,虚函数没这个要求吧
作者回复: 不需要。我也没这么说过吧。 另外,纯虚函数只是防止你产生没有实现该函数的类的对象而已。子类不实现纯虚函数也没什么不可以——可以放孙子类里面去。
- 水月2022-03-14Python是个弱类型的语言,而且也是动态“编译”,一些函数重载的行为好像都被包装进解释器了。继承多态倒是挺常见的,也经常override重写一些方法,或者比较懒的时候直接就给加一些长命令参数给调用脚本时区分用。Python的类有个有意思的内容是,里面除了最常用的实例方法之外,允许定义static_method和class_method,这些不进行实例化就能使用的类方法目前我还没从C++了解到,可能是其他的实现逻辑?
作者回复: 我一般把 Python 当作强类型的动态类型语言。类型强弱不是非黑即白,而且 Python 的类型还是相当强的,基本没有容易误导的默认转换。 C++ 里也有静态成员函数,但没有直接对应于 classmethod 的东西。C++ 不是动态类型语言,类型不是运行时可以动态传递的对象。模板的参数可以模拟 classmethod,但绑定是在编译时而非运行时。
- HiganFish2021-05-26特设多态:根据参数不同实际表现不同(函数重载或运算符重载) 参数多态:参数多态允许函数或数据类型被一般性的书写(泛型) 子类型:(多态) 多态-变量多态:基类型的变量(对于C++是引用或指针)可以被赋值基类型对象,也可以被赋值派生类型的对象。 多态-函数多态:平时说的调用子类函数的多态展开
- miyan2020-11-01老师我想问个问题:用模板编程的时候,传入的类型是不定的,这时我想调试,想输出这个类型的名字,比如我传进了 circle 类,想输出“circle”字符串,如果用typeid().name()得到的不是"circle"字符串,这种情况该怎么实现呢
作者回复: 可以看第24讲。
- 十斗簸箕2020-07-30老师好,最近遇到个问题,还请多多指教,代码如下 #include <type_traits> class TemplateTest { public: template <typename T> void Test(T &result) { if (std::is_same<T, int>::value) T = GetInt(); else if (std::is_same<T, double>::value) T = GetDouble; else if (std::is_same<T, std::string>::value) T = GetString(); } private: int GetInt() { return 123; } double GetDouble() { return 123.456; } std::string GetString() { return "string"; } }; void main() { TemplateTest tt; int v1; tt.Test(v1); std::string v2; tt.Test(v2); } 目的是想用Test接口根据不同类型来调用内部实现函数,但在vs2015环境编译不过,不知何故?或者是我这种用法存在一些问题,如果有好的实现方式希望指正,谢谢~展开
作者回复: 你的代码里有很多错误: 应该是 int main() GetDouble 后面漏了 () 漏包含 <string> “T =”需要改成“result =” 按你的写法,用 C++17 的 if constexpr(if 不行,不同类型的赋值会出问题)可以编译过。 但是,你为什么用模板呢?似乎用重载直接就可以解决问题: void Test(int& result) { result = GetInt(); } void Test(double& result) { result = GetDouble(); } void Test(std::string& result) { result = GetInt(); }
共 2 条评论 - 万林2020-06-02老师你好,我看到单例的模块定义类似下面的代码,放在一个头文件中,其他类通过继承实现单例,实现代码重用。我有一点不太明白,这个静态变量定义在头文件中,会不会在编译期就有多份定义了呢?难道是在链接的时候只选择一份吗?还有老师提倡这种单例的实现方式吗? template<class T> class CSingleton { public: static T* Instance() { if (!m_pInstance) { } return m_pInstance; }; private: static T* m_pInstance; }; //静态变量定义 template<class T> T* CSingleton<T>::m_pInstance = NULL;展开
作者回复: 模板都是有特殊性的。函数如果不inline的话,正常情况下也不能放头文件里,否则就会有多个定义;但函数模板编译器同样会特殊处理。最后链接后只有一个实例化的结果存在。 不管是否inline,所有编译单元看到的定义必须是完全相同的,否则,仍然可能会有意外发生。
- 范闲2020-01-10多态: 类的话是基于虚继承衍生出来的 函数的话是基于函数重载衍生出来的 不支持所有的多态方式:应该和语言的设计理念和哲学相关。展开
作者回复: 可以看看其他的一些读者评论。
- 花晨少年2019-12-29参数满足随机访问迭代器的要求。 ——— 是因为sort 是个复合排序,主体是使用 快速排序,而快排貌似是有随机访问的需求吗
作者回复: sort不一定是快速排序,但通用的高性能排序算法一般都要求随机访问。sort解决的是通用情况。list::sort 则解决一种不能随机访问的特殊情况。
- lyfei2019-12-24老师您好,就是我对容器共性这一块有点疑惑: 比如老师讲的容器中的共性:begin, end等,但是又提到" C++ 的标准容器没有对象继承关系";那对于不同的容器来说,vector, map, list等都得各自去实现自己的begin, end方法吗? 那既然不同的容器有着诸多的共性,为什么C++里不用继承呢? 谢谢老师的回复展开
作者回复: 想一想: 为什么要继承?继承的话,能带来什么好处?
共 3 条评论 - Scott2019-12-24请问前几讲中最后的问题的答案可以公布一下吗?
作者回复: 具体一点吧。哪一题你特别想知道又没有正确的回答?😎
- 总统老唐2019-12-24吴老师,学完这一课,有 3 点疑问: 1,你提到的方法一,“添加代码,让那个类型支持所需要的操作(对成员函数无效)”,这里说“对成员函数无效”是具体指的什么情况? 2,实现static_assert功能时,定义 struct 模板如下: template<bool> struct compile_time_error, 和常见的模板定义头部 template <typename T> 的格式看起来不一样,常见的这种格式中参数类型是未定的,但是compile_time_error这个模板,参数明确指定是 bool 型,这是模板的另一种形式么? 3,我尝试做了以下实验 template <typename T> T addData(T a, T b) { return a + b; } double addData(double a, double b) { return (int)a + (int)b; } template <> double addData(double a, double b) { return (int)a + (int)b; } 当我调用 addData(1.5, 2.5)时,发现调用的是针对double的重载函数,而不是模板针对double 的特化,这是为什么?展开
作者回复: 1. 一般而言,不应该去修改别人的类。容易出问题。所以不能添加成员函数。 2. 模板参数可以是类型,也可以是常数表达式,包括整数类型常数、枚举、指针、引用。 3. 重载比特化优先。一般而言,函数特化是不推荐的。具体看参考资料 3。
- tt2019-12-23从来没有把C++的模板编程和鸭子类型联系到一起,以前一提到鸭子类型,就想到了PYTHON和JAVASCRIPT。现在想想,按照鸭子类型的定义,那么JAVA也是支持它的。 一直感觉C++的模板编程就是一个静态实现的“动态类型子语言”:完全可以像写JAVASCRIPT一样写C++代码,只是需要先编译一下再运行。也许JAVASCRIPT的实现比如V8引擎应该大量使用它吧。 但最后的总结,静态多态主要是用于算法复用。好像上面的想法又不太行的通了。不过,如果把类型的行为也看作一种算法的话,似乎又是一个解决办法。 没看过V8这么复杂的源码,也许有一天去看看吧。展开
作者回复: 静态语言的鸭子类型和动态语言还是有区别的。毕竟静态语言,如 C++,需要在编译时绑定所有的符号,否则就会出错……下面还会有例子,和 C++ 如何试图解决、改善这些问题的。编译期行为要讲上很多讲的。