C++中用函式模板實現和最佳化抽象操作(轉)

C++中用函式模板實現和最佳化抽象操作(轉)[@more@]在建立完成抽象操作的函式時，如：複製，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);
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一個單獨的版本：
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;
}

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，其程式碼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最佳化技術。

第一步：定義

函式模板的宣告是在關鍵字 template 後跟隨一個或多個模板在尖括弧內的引數和原型。與普通函式相對，它通常是在一個轉換單元裡宣告，而在另一個單元中定義，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)
{
　return (t1 ＞ t2) ? t1 : 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::complex＜double＞ c1, c2;
//.. 給 c1,c2 賦值
std::complex＜double＞ higher=max(c1,c2); // complex 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::complex 和 std::sting這樣的使用者定義的資料型別來說，透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)
{
　return (t1 ＞ t2) ? t1 : t2;
}

額外的效能問題

很幸運，標準模板庫或 STL 已經在 ＜algorithm＞ 裡定義了一個叫 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（network 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，在透過 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 netlong);
unsigned short ntohs (unsigned short netshort);

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。使用一個模板函式來替代這四個函式，我們可以定義一個聰明的模板，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 運算子。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)
{
　// 將 val 作為位元組流
　unsigned char *p=reinterpret_cast＜unsigned char*＞ (&val);
　std::reverse(p, p+sizeof(val));
　return val;
}
使用方法
byte_reverse() 模板處理完全適用於所有情況。而且，它還可以不必修改任何程式碼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()
{
　int n=1;
　short k=1;
　__int64 j=2, i;
　int m=byte_reverse(n);// reverse int
　int z=byte_reverse(k);// reverse short
　k=byte_reverse(k); // un-reverse k
　i=byte_reverse(j); // reverse __int64
}

注：模板使用不當會影響.exe 檔案的大小，也就是常見的程式碼浮腫問題。