Redmi Pad評(píng)測(cè)：紅米充滿野心的一次嘗試
從Note系列到K系列，從藍(lán)牙耳機(jī)到筆記本電腦，紅米不知不覺之間也已經(jīng)形成了自己頗有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品體系，在中端和次旗艦市場(chǎng)上甚至要比小米新機(jī)的表現(xiàn)來得更好，正所謂“大丈夫生居
C++ 不僅為面向?qū)ο缶幊烫峁┝苏Z言支持，還支持泛型編程。正如第6章《設(shè)計(jì)可重用性》中討論的，泛型編程的目標(biāo)是編寫可重用的代碼。C++ 中支持泛型編程的基本工具是模板。雖然模板不嚴(yán)格是面向?qū)ο蟮奶匦裕鼈兛梢耘c面向?qū)ο缶幊探Y(jié)合產(chǎn)生強(qiáng)大的效果。
在過程化編程范式中，主要編程單元是過程或函數(shù)。函數(shù)之所以有用，主要是因?yàn)樗鼈冊(cè)试S你編寫與特定值無關(guān)的算法，因此可以用于許多不同的值。例如，C++ 中的 sqrt() 函數(shù)計(jì)算調(diào)用者提供的值的平方根。只計(jì)算一個(gè)數(shù)字（如四）的平方根的函數(shù)不會(huì)特別有用！sqrt() 函數(shù)是針對(duì)一個(gè)參數(shù)編寫的，該參數(shù)是調(diào)用者傳遞的任何值的代表。
對(duì)象導(dǎo)向編程范式增加了對(duì)象的概念，對(duì)象將相關(guān)數(shù)據(jù)和行為組合在一起，但它并沒有改變函數(shù)和方法參數(shù)化值的方式。
模板將參數(shù)化概念進(jìn)一步擴(kuò)展，允許你對(duì)類型以及值進(jìn)行參數(shù)化。C++ 中的類型包括 int、double 等基本類型，以及 SpreadsheetCell、CherryTree 等用戶定義的類。有了模板，你可以編寫不僅與它將要給定的值無關(guān)，而且與這些值的類型無關(guān)的代碼。例如，你可以編寫一個(gè)堆棧類定義，而不是編寫用于存儲(chǔ) int、Cars 和 SpreadsheetCells 的單獨(dú)堆棧類，這個(gè)堆棧類定義可以用于任何這些類型。
盡管模板是一項(xiàng)驚人的語言特性，但 C++ 中的模板在語法上可能令人困惑，許多程序員避免自己編寫模板。然而，每個(gè)程序員至少需要知道如何使用模板，因?yàn)樗鼈儽粡V泛用于庫，例如 C++ 標(biāo)準(zhǔn)庫。本章教你如何在 C++ 中支持模板，重點(diǎn)是在標(biāo)準(zhǔn)庫中出現(xiàn)的方面。在此過程中，你將了解一些除了使用標(biāo)準(zhǔn)庫之外，你可以在程序中運(yùn)用的巧妙特性。
類模板定義了一個(gè)類，其中一些變量的類型、方法的返回類型和/或方法的參數(shù)被指定為模板參數(shù)。類模板主要用于容器，即存儲(chǔ)對(duì)象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這一節(jié)通過運(yùn)行示例 Grid 容器來說明。為了保持示例的合理長(zhǎng)度并足夠簡(jiǎn)單以闡明特定要點(diǎn)，本章的不同部分將為 Grid 容器添加不在后續(xù)部分使用的功能。
假設(shè)你想要一個(gè)通用的游戲棋盤類，可以用作國際象棋棋盤、跳棋棋盤、井字棋棋盤或任何其他二維游戲棋盤。為了使其具有通用性，你應(yīng)該能夠存儲(chǔ)國際象棋棋子、跳棋棋子、井字棋棋子或任何類型的游戲棋子。
在沒有模板的情況下，構(gòu)建通用游戲棋盤的最佳方法是使用多態(tài)性來存儲(chǔ)通用的 GamePiece 對(duì)象。然后，你可以讓每個(gè)游戲的棋子從 GamePiece 類繼承。例如，在國際象棋游戲中，ChessPiece 將是 GamePiece 的派生類。通過多態(tài)性，編寫為存儲(chǔ) GamePiece 的 GameBoard 也可以存儲(chǔ) ChessPiece。因?yàn)榭赡苄枰獜?fù)制 GameBoard，所以 GameBoard 需要能夠復(fù)制 GamePiece。這種實(shí)現(xiàn)使用多態(tài)性，所以一種解決方案是在 GamePiece 基類中添加一個(gè)純虛擬的 clone() 方法，派生類必須實(shí)現(xiàn)它以返回具體 GamePiece 的副本。
這是基本的 GamePiece 接口：
export class GamePiece {public: virtual ~GamePiece() = default; virtual std::unique_ptr<GamePiece> clone() const = 0;};GamePiece 是一個(gè)抽象基類。具體類，如 ChessPiece，從它派生并實(shí)現(xiàn) clone() 方法：
class ChessPiece : public GamePiece {public: std::unique_ptr<GamePiece> clone() const override { // 調(diào)用復(fù)制構(gòu)造函數(shù)來復(fù)制這個(gè)實(shí)例 return std::make_unique<ChessPiece>(*this); }};GameBoard 的實(shí)現(xiàn)使用向量的向量和 unique_ptr 來存儲(chǔ) GamePieces：
GameBoard::GameBoard(size_t width, size_t height) : m_width { width }, m_height { height } { m_cells.resize(m_width); for (auto& column : m_cells) { column.resize(m_height); }}GameBoard::GameBoard(const GameBoard& src) : GameBoard { src.m_width, src.m_height } { // The ctor-initializer of this constructor delegates first to the // non-copy constructor to allocate the proper amount of memory. // The next step is to copy the data. for (size_t i { 0 }; i < m_width; i++) { for (size_t j { 0 }; j < m_height; j++) { if (src.m_cells[i][j]) { m_cells[i][j] = src.m_cells[i][j]->clone(); } } }}void GameBoard::verifyCoordinate(size_t x, size_t y) const { if (x >= m_width) { throw out_of_range { format("{} must be less than {}.", x, m_width) }; } if (y >= m_height) { throw out_of_range { format("{} must be less than {}.", y, m_height) }; }}void GameBoard::swap(GameBoard& other) noexcept { std::swap(m_width, other.m_width); std::swap(m_height, other.m_height); std::swap(m_cells, other.m_cells);}void swap(GameBoard& first, GameBoard& second) noexcept { first.swap(second);}GameBoard& GameBoard::operator=(const GameBoard& rhs) { // Copy-and-swap idiom GameBoard temp { rhs }; // Do all the work in a temporary instance. swap(temp); // Commit the work with only non-throwing operations. return *this;}const unique_ptr<GamePiece>& GameBoard::at(size_t x, size_t y) const { verifyCoordinate(x, y); return m_cells[x][y];}unique_ptr<GamePiece>& GameBoard::at(size_t x, size_t y) { return const_cast<unique_ptr<GamePiece>&>(as_const(*this).at(x, y));}在這個(gè)實(shí)現(xiàn)中，at() 返回指定位置的棋子的引用，而不是棋子的副本。GameBoard 作為二維數(shù)組的抽象，應(yīng)該通過給出索引處的實(shí)際對(duì)象而不是對(duì)象的副本來提供數(shù)組訪問語義。
這個(gè)實(shí)現(xiàn)為 at() 提供了兩個(gè)版本，一個(gè)返回非常量引用，另一個(gè)返回常量引用。
使用復(fù)制和交換習(xí)語（copy-and-swap idiom）用于賦值運(yùn)算符，以及 Scott Meyer 的 const_cast() 模式來避免代碼重復(fù)。
GameBoard chessBoard { 8, 8 };auto pawn { std::make_unique<ChessPiece>() };chessBoard.at(0, 0) = std::move(pawn);chessBoard.at(0, 1) = std::make_unique<ChessPiece>();chessBoard.at(0, 1) = nullptr;這個(gè) GameBoard 類運(yùn)行得相當(dāng)好，它可以用于國際象棋棋盤的創(chuàng)建和棋子的放置。
在上一節(jié)中的 GameBoard 類雖然實(shí)用，但有其局限性。首先，你無法使用 GameBoard 來按值存儲(chǔ)元素；它總是存儲(chǔ)指針。更嚴(yán)重的問題與類型安全有關(guān)。GameBoard 中的每個(gè)單元格都存儲(chǔ)一個(gè) unique_ptr<GamePiece>。即使你存儲(chǔ)的是 ChessPieces，當(dāng)你使用 at() 請(qǐng)求特定單元格時(shí)，你將得到一個(gè) unique_ptr<GamePiece>。這意味著你必須將檢索到的 GamePiece 向下轉(zhuǎn)型為 ChessPiece 才能使用 ChessPiece 的特定功能。GameBoard 的另一個(gè)缺點(diǎn)是它不能用于存儲(chǔ)原始類型，如 int 或 double，因?yàn)閱卧裰写鎯?chǔ)的類型必須派生自 GamePiece。
因此，如果你能編寫一個(gè)通用的 Grid 類來存儲(chǔ) ChessPieces、SpreadsheetCells、ints、doubles 等就很好了。在 C++ 中，你可以通過編寫類模板來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，這允許你編寫一個(gè)不指定一個(gè)或多個(gè)類型的類。然后客戶端通過指定他們想要使用的類型來實(shí)例化模板。這就是所謂的泛型編程。
泛型編程的最大優(yōu)勢(shì)是類型安全。類及其方法中使用的類型是具體類型，而不是像上一節(jié)中多態(tài)解決方案那樣的抽象基類類型。例如，假設(shè)不僅有 ChessPiece，還有 TicTacToePiece：
class TicTacToePiece : public GamePiece {public: std::unique_ptr<GamePiece> clone() const override { // 調(diào)用復(fù)制構(gòu)造函數(shù)來復(fù)制這個(gè)實(shí)例 return std::make_unique<TicTacToePiece>(*this); }};使用上一節(jié)中的多態(tài)解決方案，沒有什么能阻止你在同一個(gè)棋盤上存儲(chǔ)井字棋棋子和國際象棋棋子：
GameBoard chessBoard { 8, 8 };chessBoard.at(0, 0) = std::make_unique<ChessPiece>();chessBoard.at(0, 1) = std::make_unique<TicTacToePiece>();這樣做的一個(gè)大問題是，你需要記住一個(gè)單元格存儲(chǔ)了什么，以便在調(diào)用 at() 時(shí)執(zhí)行正確的向下轉(zhuǎn)型。
為了理解類模板，檢查其語法非常有幫助。以下示例展示了如何將 GameBoard 類修改為模板化的 Grid 類。代碼后面會(huì)詳細(xì)解釋語法。請(qǐng)注意，類名已從 GameBoard 改為 Grid。
與 GameBoard 實(shí)現(xiàn)中使用的多態(tài)指針語義相比，我選擇使用值語義而不是多態(tài)來實(shí)現(xiàn)這個(gè)解決方案。m_cells 容器存儲(chǔ)實(shí)際對(duì)象，而不是指針。與指針語義相比，使用值語義的一個(gè)缺點(diǎn)是不能有真正的空單元格；也就是說，單元格必須始終包含某個(gè)值。使用指針語義時(shí)，空單元格存儲(chǔ) nullptr。 std::optional 在這里提供了幫助。它允許你在仍然有表示空單元格的方法的同時(shí)使用值語義。
template <typename T>class Grid {public: explicit Grid(size_t width = DefaultWidth, size_t height = DefaultHeight); virtual ~Grid() = default; // Explicitly default a copy constructor and assignment operator. Grid(const Grid& src) = default; Grid& operator=(const Grid& rhs) = default; // Explicitly default a move constructor and assignment operator. Grid(Grid&& src) = default; Grid& operator=(Grid&& rhs) = default; std::optional<T>& at(size_t x, size_t y); const std::optional<T>& at(size_t x, size_t y) const; size_t getHeight() const { return m_height; } size_t getWidth() const { return m_width; } static const size_t DefaultWidth { 10 }; static const size_t DefaultHeight { 10 };private: void verifyCoordinate(size_t x, size_t y) const; std::vector<std::vector<std::optional<T>>> m_cells; size_t m_width { 0 }, m_height { 0 };};export template <typename T>：這一行表示接下來的類定義是一個(gè)關(guān)于類型 T 的模板，并且它正在從模塊中導(dǎo)出。template 和 typename 是 C++ 中的關(guān)鍵字。如前所述，模板在類型上“參數(shù)化”，就像函數(shù)在值上“參數(shù)化”一樣。
使用模板類型參數(shù)名（如 T）來表示調(diào)用者將作為模板類型參數(shù)傳遞的類型。T 的名稱沒有特殊含義——你可以使用任何你想要的名稱。
出于歷史原因，你可以使用關(guān)鍵字 class 而不是 typename 來指定模板類型參數(shù)。因此，許多書籍和現(xiàn)有程序使用類似 template <class T> 的語法。然而，在這種情況下使用 class 這個(gè)詞是令人困惑的，因?yàn)樗凳绢愋捅仨毷且粋€(gè)類，這實(shí)際上并不正確。類型可以是類、結(jié)構(gòu)體、聯(lián)合、語言的原始類型，如 int 或 double 等。
在之前的 GameBoard 類中，m_cells 數(shù)據(jù)成員是指針的向量的向量，這需要特殊的復(fù)制代碼，因此需要拷貝構(gòu)造函數(shù)和拷貝賦值操作符。在 Grid 類中，m_cells 是可選值的向量的向量，所以編譯器生成的拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值操作符是可以的。
一旦你有了用戶聲明的析構(gòu)函數(shù)，就不推薦編譯器隱式生成拷貝構(gòu)造函數(shù)或拷貝賦值操作符，因此 Grid 類模板顯式地將它們默認(rèn)化。它還顯式默認(rèn)化了移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)和移動(dòng)賦值操作符。以下是顯式默認(rèn)的拷貝賦值操作符：
Grid& operator=(const Grid& rhs) = default;可以看到，rhs 參數(shù)的類型不再是 const GameBoard&，而是 const Grid&。在類定義內(nèi)，編譯器會(huì)在需要時(shí)將 Grid 解釋為 Grid<T>，但如果你愿意，也可以顯式地使用 Grid<T>：
Grid<T>& operator=(const Grid<T>& rhs) = default;然而，在類定義外，你必須使用 Grid<T>。當(dāng)你編寫類模板時(shí)，你過去認(rèn)為的類名（Grid）實(shí)際上是模板名。當(dāng)你想談?wù)搶?shí)際的 Grid 類或類型時(shí)，你必須使用模板 ID，即 Grid<T>，這些是針對(duì)特定類型（如 int、SpreadsheetCell 或 ChessPiece）的 Grid 類模板的實(shí)例化。
由于 m_cells 不再存儲(chǔ)指針，而是存儲(chǔ)可選值，at() 方法現(xiàn)在返回 std::optional<T> 而不是 unique_ptrs，即可以有類型 T 的值，也可以為空的 optionals：
std::optional<T>& at(size_t x, size_t y);const std::optional<T>& at(size_t x, size_t y) const;每個(gè) Grid 模板的方法定義都必須以 template <typename T> 說明符開頭。構(gòu)造函數(shù)如下所示：
template <typename T>Grid<T>::Grid(size_t width, size_t height) : m_width { width }, m_height { height } { m_cells.resize(m_width); for (auto& column : m_cells) { column.resize(m_height); }}注意：類模板的方法定義需要對(duì)使用該類模板的任何客戶端代碼可見。這對(duì)方法定義的位置施加了一些限制。通常，它們直接放在類模板定義本身的同一文件中。本章后面討論了繞過這一限制的一些方法。
請(qǐng)注意，:: 前的類名是 Grid<T>，而不是 Grid。在所有方法和靜態(tài)數(shù)據(jù)成員定義中，你必須指定 Grid<T> 作為類名。構(gòu)造函數(shù)的主體與 GameBoard 構(gòu)造函數(shù)相同。其他方法定義也類似于 GameBoard 類中的對(duì)應(yīng)方法，但有適當(dāng)?shù)哪０搴?nbsp;Grid<T> 語法變化：
template <typename T>void Grid<T>::verifyCoordinate(size_t x, size_t y) const { if (x >= m_width) { throw std::out_of_range { std::format("{} must be less than {}.", x, m_width) }; } if (y >= m_height) { throw std::out_of_range { std::format("{} must be less than {}.", y, m_height) }; }}template <typename T>const std::optional<T>& Grid<T>::at(size_t x, size_t y) const { verifyCoordinate(x, y); return m_cells[x][y];}template <typename T>std::optional<T>& Grid<T>::at(size_t x, size_t y) { return const_cast<std::optional<T>&>(std::as_const(*this).at(x, y));}注意：如果類模板方法的實(shí)現(xiàn)需要某個(gè)模板類型參數(shù)的默認(rèn)值（例如 T），則可以使用 T{} 語法。T{} 調(diào)用對(duì)象的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)（如果 T 是類類型），或生成零（如果 T 是基本類型）。這種語法稱為零初始化語法。它是為尚不知道類型的變量提供合理默認(rèn)值的好方法。
當(dāng)你想要?jiǎng)?chuàng)建 Grid 對(duì)象時(shí)，不能單獨(dú)使用 Grid 作為類型；你必須指定將存儲(chǔ)在該 Grid 中的類型。為特定類型創(chuàng)建類模板對(duì)象稱為實(shí)例化模板。以下是一個(gè)示例：
Grid<int> myIntGrid; // 聲明一個(gè)存儲(chǔ) int 的網(wǎng)格，使用構(gòu)造函數(shù)的默認(rèn)參數(shù)。Grid<double> myDoubleGrid { 11, 11 }; // 聲明一個(gè) 11x11 的 double 類型網(wǎng)格。myIntGrid.at(0, 0) = 10;int x { myIntGrid.at(0, 0).value_or(0) };Grid<int> grid2 { myIntGrid }; // 拷貝構(gòu)造函數(shù)Grid<int> anotherIntGrid;anotherIntGrid = grid2; // 賦值操作符請(qǐng)注意 myIntGrid、grid2 和 anotherIntGrid 的類型是 Grid<int>。你不能在這些網(wǎng)格中存儲(chǔ) SpreadsheetCells 或 ChessPieces；如果嘗試這樣做，編譯器將生成錯(cuò)誤。
還要注意 value_or() 的使用。at() 方法返回一個(gè)可選引用，可能包含值也可能不包含。value_or() 方法在可選項(xiàng)中有值時(shí)返回該值；否則，它返回給 value_or() 的參數(shù)。
模板類型的指定非常重要；以下兩行都無法編譯：
Grid test; // 無法編譯Grid<> test; // 無法編譯如果你想聲明一個(gè)接受 Grid 對(duì)象的函數(shù)或方法，你必須在 Grid 類型中指定存儲(chǔ)在網(wǎng)格中的類型：
void processIntGrid(Grid<int>& grid) { /* 省略正文以簡(jiǎn)潔 */ }或者，你可以使用本章后面討論的函數(shù)模板，編寫一個(gè)模板化的函數(shù)，該函數(shù)根據(jù)網(wǎng)格中元素的類型進(jìn)行模板化。
注意：你可以使用類型別名來簡(jiǎn)化完整的 Grid 類型的重復(fù)書寫，例如 Grid<int>：
using IntGrid = Grid<int>;void processIntGrid(IntGrid& grid) { /* 正文 */ }
Grid 類模板可以存儲(chǔ)的不僅僅是 int。例如，你可以實(shí)例化一個(gè)存儲(chǔ) SpreadsheetCells 的 Grid：
Grid<SpreadsheetCell> mySpreadsheet;SpreadsheetCell myCell { 1.234 };mySpreadsheet.at(3, 4) = myCell;你也可以存儲(chǔ)指針類型：
Grid<const char*> myStringGrid;myStringGrid.at(2, 2) = "hello";指定的類型甚至可以是另一個(gè)模板類型：
Grid<vector<int>> gridOfVectors;vector<int> myVector { 1, 2, 3, 4 };gridOfVectors.at(5, 6) = myVector;你還可以在自由存儲(chǔ)區(qū)動(dòng)態(tài)分配 Grid 模板實(shí)例：
auto myGridOnFreeStore { make_unique<Grid<int>>(2, 2) }; // 自由存儲(chǔ)區(qū)上的 2x2 網(wǎng)格。myGridOnFreeStore->at(0, 0) = 10;int x { myGridOnFreeStore->at(0, 0).value_or(0) };本文鏈接：http://www.www897cc.com/showinfo-26-38739-0.htmlC++模板基礎(chǔ)及代碼實(shí)戰(zhàn)
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