C/C++模板初阶
目录
1. 泛型编程
2. 函数模板
2.1 函数模板概念
2.1 函数模板格式
2.3 函数模板的原理
2.4 函数模板的实例化
2.5 模板参数的匹配原则
3. 类模板
3.1 类模板的定义格式
3.2 类模板的实例化
1. 泛型编程
如何实现一个通用的交换函数呢？
void Swap(int& left, int& right)
{
int temp = left;
left = right;
right = temp;
}
void Swap(double& left, double& right)
{
double temp = left;
left = right;
right = temp;
}
void Swap(char& left, char& right)
{
char temp = left;
left = right;
right = temp;
}
使用函数重载虽然可以实现，但是有一下几个不好的地方：
1.
重载的函数仅仅是类型不同，代码复用率比较低，只要有新类型出现时，就需要用户自己增加对应的函数
2.
代码的可维护性比较低，一个出错可能所有的重载均出错
那能否
告诉编译器一个模子，让编译器根据不同的类型利用该模子来生成代码
呢？
泛型编程：编写与类型无关的通用代码，是代码复用的一种手段。模板是泛型编程的基础。
2. 函数模板
2.1 函数模板概念
函数模板代表了一个函数家族，该函数模板与类型无关，在使用时被参数化，根据实参类型产生函数的特定
类型版本。
2.1 函数模板格式
template<typename T1, typename T2,......,typename Tn>
返回值类型 函数名
(
参数列表
){}
template<typename T>
void Swap( T& left, T& right)
{
T temp = left;
left = right;
right = temp;
}
注意：
typename
是
用来定义模板参数
关键字
，
也可以使用
class(
切记：不能使用
struct
代替
class)
2.3 函数模板的原理
那么如何解决上面的问题呢？大家都知道，瓦特改良蒸汽机，人类开始了工业革命，解放了生产力。机器生产淘汰掉了很多手工产品。本质是什么，重复的工作交给了机器去完成。有人给出了论调：懒人创造世界。
函数模板是一个蓝图，它本身并不是函数，是编译器用使用方式产生特定具体类型函数的模具。所以其实模
板就是将本来应该我们做的重复的事情交给了编译器
在编译器编译阶段
，对于模板函数的使用，
编译器需要根据传入的实参类型来推演生成对应类型的函数
以供调用。比如：当用
double
类型使用函数模板时，编译器通过对实参类型的推演，将
T
确定为
double
类型，然
后产生一份专门处理
double
类型的代码
，对于字符类型也是如此。
2.4 函数模板的实例化
用不同类型的参数使用函数模板时
，称为函数模板的
实例化
。模板参数实例化分为：
隐式实例化和显式实例
化
。
1.
隐式实例化：让编译器根据实参推演模板参数的实际类型
ttemplate<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
return left + right;
}
int main()
{
int a1 = 10, a2 = 20;
double d1 = 10.0, d2 = 20.0;
Add(a1, a2);
Add(d1, d2);
/*
该语句不能通过编译，因为在编译期间，当编译器看到该实例化时，需要推演其实参类型
通过实参a1将T推演为int，通过实参d1将T推演为double类型，但模板参数列表中只有一个T，
编译器无法确定此处到底该将T确定为int 或者 double类型而报错
注意：在模板中，编译器一般不会进行类型转换操作，因为一旦转化出问题，编译器就需要背黑锅
Add(a1, d1);
*/
// 此时有两种处理方式：1. 用户自己来强制转化 2. 使用显式实例化
//1.
Add(a1, (int)d1);
//2.
Add<int>(a1, d1);
return 0;
}
2.
显式实例化：在函数名后的
<>
中指定模板参数的实际类型
int main(void)
{
int a = 10;
double b = 20.0;
// 显式实例化
Add<int>(a, b);
return 0;
}
如果类型不匹配，编译器会尝试进行隐式类型转换，如果无法转换成功编译器将会报错。
2.5 模板参数的匹配原则
1.
一个非模板函数可以和一个同名的函数模板同时存在，而且该函数模板还可以被实例化为这个非模板函数
// 专门处理int的加法函数
int Add(int left, int right)
{
return left + right;
}
// 通用加法函数
template<class T>
T Add(T left, T right)
{
return left + right;
}
void Test()
{
Add(1, 2); // 与非模板函数匹配，编译器不需要特化
Add<int>(1, 2); // 调用编译器特化的Add版本
}
2.
对于非模板函数和同名函数模板，如果其他条件都相同，在调动时会优先调用非模板函数而不会从该模
板产生出一个实例。如果模板可以产生一个具有更好匹配的函数， 那么将选择模板
// 专门处理int的加法函数
int Add(int left, int right)
{
return left + right;
}
// 通用加法函数
template<class T1, class T2>
T1 Add(T1 left, T2 right)
{
return left + right;
}
void Test()
{
Add(1, 2); // 与非函数模板类型完全匹配，不需要函数模板实例化
Add(1, 2.0); // 模板函数可以生成更加匹配的版本，编译器根据实参生成更加匹配的Add函数
}
3.
模板函数不允许自动类型转换，但普通函数可以进行自动类型转换
3. 类模板
3.1 类模板的定义格式
template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 类模板名
{
// 类内成员定义
};// 动态顺序表
// 注意：Vector不是具体的类，是编译器根据被实例化的类型生成具体类的模具
template<class T>
class Vector
{
public:
Vector(size_t capacity = 10)
: _pData(new T[capacity])
, _size(0)
, _capacity(capacity)
{}
// 使用析构函数演示：在类中声明，在类外定义。
~Vector();
void PushBack(const T& data)；
void PopBack()；
// ...
size_t Size() { return _size; }
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < _size);
return _pData[pos];
}
private:
T* _pData;
size_t _size;
size_t _capacity;
};
// 注意：类模板中函数放在类外进行定义时，需要加模板参数列表
template <class T>
Vector<T>::~Vector()
{
if (_pData)
delete[] _pData;
_size = _capacity = 0;
}3.2 类模板的实例化
类模板实例化与函数模板实例化不同，
类模板实例化需要在类模板名字后跟
<>
，然后将实例化的类型放在
<>
中即可，类模板名字不是真正的类，而实例化的结果才是真正的类。
// Vector类名，Vector<int>才是类型
Vector<int> s1;
Vector<double> s2;