C++ primer第二次阅读学习笔记（第16章:模板与泛型编程） .

第十六章：模板与泛型编程

所谓泛型编程就是以独立于任何特定类型的方式编程。使用时，我们需要提供具体程序实例所操作的类型或值。标准库的容器、迭代器和算法都是泛型编程的例子。

模板是泛型编程的基础。模板是创建类或函数的蓝图或公式。

可以定义自己的函数模板或类模板。

函数模板是独立于类型的函数，根据实参类型产生函数特定类型的版本。模板定义以关键字template开始，后接模板形参列表。它是用尖括号括住的一个或多个模板形参的列表。形参之间以逗号分隔。

模板形参表不能为空。它很像函数形参表，函数形参表定义了特定类型的局部变量但并不初始化那些变量，在运行时再提供实参来初始化这些形参。同样，模板形参表示可以在类或函数的定义中使用的类型或值。模板形参可以是表示类型的类型形参，也可以是常量表达式的非类型形参。类型形参跟在关键字class或typename之后定义。class和typename均为指明模板形参，没有区别。如

template

使用函数模板时编译器会推断哪个模板实参绑定到模板形参，一旦编译器确定了模板实参，就成为它的实例化了一个函数模板的实例。编译器将确定用什么类型代替每个类型形参，以及用什么值代替非类型形参，然后编译器使用实参代替相应的模板形参，并编译该版本的函数。编译器承担为我们使用的每种类型函数的编写工作。

函数模板可以和非模板函数一样声明为inline。说明符放在模板形参列表之后，返回类型之前。不能放在关键字template之前。如

templateinline T min(const T&,const T&);

它的作用是：使实例化的函数为inline函数。

类模板也是模板，因此必须以template开头，后接模板形参。在类和类的成员的定义中，可以使用模板形参作为要使用类型的占位符。如

template//或typename T

class A

{

public:

T cc;
};

要区别类型形参还是非类型形参。如果是类型形参，该形参表示未知类型。非类型形参：其类型已经确定，只是值不确定。

模板形参的名字可以在声明为模板形参之后，模板声明或定义的末尾处使用。它遵循常规名字屏蔽规则。与全局作用域中声明的对象、函数或类型同名的模板形参屏蔽全局名字。

用作模板形参的名字不能在模板内重用。即模板形参的名字只能在同一模板形参列表中使用一次。不同模板的模板形参，可以使用相同的名字。

模板也可以只声明而不定义。声明必须指出函数或类是一个模板。

如template int func(const T&,const T&);

同一模板的声明和定义中，模板形参的名字不必相同。因为它们仅仅是个占位符。如

templateTclac(const T&,const T&);

templateUclac(const U&,const U&);//同一模板的两次声明。

必须为每个模板形参带上typename或class，这一点跟函数一样。

类型形参由关键字class或typename后接说明符指定，两个关键字具有相同含义，都指出后面所接的名字表示一个类型。类型形参可作为类型说明符，用在模板的任何地方。与内置类型说明符或类类型说明符使用方式完全相同。它可以指定返回类型或形参类型，以及在函数体中用于变量声明或强制类型转换。

虽然class和typename含义相同，可以相互替换，但使用typename更为直观。原因见后续介绍。

除了定义成员变量和成员函数以外，类还可以定义类型成员。如果在函数函数模板内使用这样的类型，必须显式告诉编译器我们正在使用的指的是一个类型，而不是一个值。如

A::size_t ype*p;

编译器不知道size_type是一个类型的名字还是数据成员的名字。如是类型名，则上句为定义一个指针。如是数据成员的名字，上句是两个变量相乘。因此需要在在模板内显式定义size_type为类型名。如

typename A::size_type*p;//

模板形参不必都是类型。在调用函数时非类型形参将用值代替。值的类型在模板形参列表中指定。模板非类型形参是模板定义内部的常量值，在需要常量表达式的时候可使用非类型形参。

在编写模板代码时，对实参类型的要求要尽量少。以下为编写泛型代码的两个重要原则：

1：模板形参为const引用。这可以防止实参不支持复制或易复制出错的情形。另外对于较大对象也可以提高性能。

2：函数体中的测试只使用<比较。

如if(v1

if(v1>v2)return 1;

但是将代码改写为：

if(v1

if(v2

可以减少对类型的要求，这些类型只需支持<就可以了。不需要再支持>。

模板是一个蓝图，它本身不是类或者函数。编译器用模板产生指定的类或函数的特定类型版本。产生模板的特定类型实例的过程成为实例化。类模板的每次实例化都会产生一个独立的类型。

想要使用类模板就必须显式指定模板实参。如

Queue qi;

函数模板实例化时，编译器通常会为我们推断模板实参。如

templateT compare(const &T,const &T);

compare（1,0）；

compare(2.0,3.2);

这段代码实例化了compare的两个版本。一个用int代替T,一个用double代替。实际上是编译器为我们编写了compare的这两个实例。

int compare(const int &v1,const int &v2){}；

double compare(const double &v1,double &v2){}；

要确定该实例化那个函数，编译器会来查看每个实参，如果相应形参声明为类型形参的类型，则编译器从实参的类型推断形参的类型。从函数实参类型确定模板实参的类型的过程叫做模板实参推断。

必须为相同的类型形参指明相同的类型实参。

如：short s=2;

compare（s,2.3）；

这是错误的，因为模板形参是相同的，而模板实参类型却不同，两个类型不匹配，所以模板推断失败。

如果想要允许实参的常规转换，则应该指定两个不同的模板形参。如

template，typename T2> T compare(T1 v1,T2 v2）；

一般情况下不转换实参用于匹配已产生的特化，而会重新生成本类型的特化。

编译器在以下两种情况下发生转换，而不生成新的实例化：

1：const转换。接受const引用或const指针的函数，可以分别用非const对象的引用或指针来调用，无须产生新的实例化。如果函数接受非引用，形参类型和实参都忽略const，无论传递const或非const对象给接受非引用类型的函数，都是用相同的实例化。(与函数相同)

2：数组或函数到指针的转换：如果模板形参不是引用类型，则对数组或函数类型的实参应用常规指针转换，数组实参当做指向其第一个元素的指针，而函数实参当做指向函数类型的指针。

可以使用函数模板对函数指针进行初始化或赋值。这样做时，编译器使用指针的类型实例化具有适当模板实参的模板版本。

如：

template int compare(const T&,const T&);

int (*pf)(const int &,const int &)=compare;

某些情况下，不可能推断出模板实参的类型，这种情况下有必要覆盖模板实参的推断机制，并显式指定为模板形参所用的类型或值。

如template T1 sum(T2,T3);

因此调用者必须每次调用时为返回值指定类型。这可以显式提供，如：

int i=20;

long l=30;

long ret=sum(i,l);

这一调用显式指定T1的类型，编译器从调用中传递的实参推断T2和T3的类型。

显式模板实参从左到右与对应的模板形参相匹配。第一个模板实参与T1相对应，第二个模板实参与T2向对应，第三个模板实参与T3相对应。由此可以推断只有最右边的形参的显式模板实参可以省略。如果这样写：

template

T3 sum(T1,T2);

则总是必须为三个形参指定显式实参，如：

long ret=sum(i,lng);

当编译器看到模板定义的时候，它不立即产生代码。只有在看到用到模板时，如调用了函数模板或定义了类模板的对象的时候，编译器才产生特定类型的模板实例。

一般而言当调用函数的时候，编译器只需看到函数的声明。定义类类型的对象时，类定义必须可用，但成员函数的定义不是必须存在的，因此将类定义和函数声明放在头文件中，而普通函数和类成员函数的定义放在源文件中。

模板不同，要进行实例化，编译器必须能够访问定义模板的源代码。当调用函数模板或类模板的成员函数时，编译器需要函数定义，需要哪些通常放在源文件中的代码。《C++primer》为编译模板代码定义了两种类型。分别为包含编译模型和分别编译模型。觉得应该是编译器实现模板编译的两种方式吧。暂时用不着，也看不懂，知道这里有即可，不再介绍。

通常在使用类模板名字的时候，必须制定模板实参。但这一规则有个例外：在类本身的作用域内部，可以使用类模板的非限定名。如接下来要介绍的Queue类。复制构造函数本来应声明为:Queue (const Queue&);由于在类作用域内部可以使用非限定名，因此在类内声明时可以写成：Queue(const Queue&);

但是在类外实现时，就不能仅仅使用非限定名了。在类外实现的成员函数的定义具有以下格式：

1：必须以关键template开头，后接类的模板形参表。

2：必须指出它所属的类。

3：类名必须包含模板形参。

如：

Template void Queue::destroy(){};

这个定义从左至右读作：

用名为T的类型形参定义一个函数模板，它返回void，它是在类模板Queue的作用域中。

类模板的成员函数本身也是函数模板，同其他任何函数模板一样，需要使用类模板的成员函数产生该成员函数的实例化，类模板成员函数的模板形参由调用该函数对象的类型确定。如void Queue::push(const int &val);

当调用Queue类型对象的push成员时，实例化此push函数。

对象的模板实参能确定成员函数的函数模板实参，这一事实意味着，调用类模板成员函数比调用类似函数模板更为灵活。类模板成员函数在实例化后允许进行常规转换，而函数模板不允许进行转换，只会产生不同的实例。如：Queue qi;

short s=24;

int i=33;

qi.push(s);

qi.push(i);

类模板的成员函数只有被程序调用时才进行实例化。如果某函数从未使用，则不会实例化该成员函数。

非类型模板实参，必须为每个形参提供常量表达式。

类模板可以出现三种友元声明：

1：普通非模板类或函数的友元声明，将友元关系授予明确指定的类或函数。如：

Templateclass Bar{

Friend class FooBar

};

这个声明说FooBar的成员可以访问Bar类的任意实例的private和protected成员。

2：一般模板友元关系

友元可以是类模板或函数模板。

Templateclass Bar

{

Template friend class Fool；

}；

这些友元声明使用与类本身不同的类型实参。Fool的友元声明是说，Fool的任意实例都可以访问Bar的任意实例。

3：特定的模板友元关系

除了将一个模板的所有实例设为友元，类也可以只授予特定实例的访问权：

Templateclass Foo2;

Template class Bar

{

Friend class Foo2;
}；

即使Foo2本身是模板，友元关系也只扩展到Foo2的形参类型为char*的特定实例。

但是下面的友元声明更为常见：

Templateclass Foo3;

Templateclass Bar

{

Friend class Foo3;

};

此声明定义了Bar的特定实例与使用同一模板实参的Foo3的实例之间是友元关系。如

Bar bi;//Foo3与Bar的实例间是友元。不同类型模板实参之间为友元实际意义不大。

在授予友元关系时，编译器将友元声明当做类或函数的声明对待，因此不需要存在该模板类或函数模板的声明。

注意上面代码Bar类定义上的templateclass Foo3；

之所以可以在Bar类内写friend class Foo3；就是因为前面已经将Foo3声明为模板。因为Bar类模板和Foo3类模板相同的模板实参的实例化才为友元。因此要达到这种目的必须在类前面声明其为类模板。

如果在Bar类内声明就变成了模板声明的第二种关系了。注意呀。

任意类（模板或非模板）可以拥有本身为类模板或函数模板的成员，这种成员成为成员模板。

模板成员声明看起来想任意模板的声明一样。

如template Bar

{

Public:

Template void assign(Type t1,Type t2);
};

成员模板可以定义在包含它的类或类模板的的内部或外部。当在类模板作用域外部定义成员模板时，必须包含两个模板形参表：

Template

Template

Void Queue::assign(Type t1,Type t2)

{

}

这两个模板形参表，分别为类模板形参和成员模板自己的形参表。

成员模板的应用如标准容器的assign操作，它接受一对其他类型但值兼容的迭代器，将其他容器的元素复制到自己的容器中。

模板特化：一个或多个模板形参的实际类型或实际值是指定的。

特化的形式如下：

1：关键字template跟着一对空的尖括号<>。

2：再接模板名和一对尖括号，尖括号指定这个特化定义的模板形参。

3：函数形参表。

4：函数体。

如

Template<>

Int compare(const char*v1,const char*v2)

{

return strcmp(v1,v2);

}

该函数体定义了当模板形参类型绑定到const char*时，compare的特化。此时当为compare传递两个字符指针时，编译器将调用特化版本。

与任意函数一样，函数模板特化可以声明而无须定义。与函数模板特化的定义相比，它仅仅省略了函数体。如：

template<>

int compare(const char*v1,const char*v2);

上句显式指定了模板实参，如果可以从函数形参表中推断模板实参，则不必显式指定模板实参。如：

int compare(const char*v1,const char*v2);

在模板特化版本被调用时，实参类型必须与特化版本的形参类型完全匹配。否则编译器将为实参从模板定义实例化一个新实例。

应该在一个头文件中包含模板特化的声明，每个使用该特化的文件包含该源文件。在调用该特化之前，必须有特化的声明。这与普通函数类似。

类模板的特化与函数模板特化类似。如：

Template<>

Class Queue

{

public:

String front();

};

在外部定义成员函数时，不能在成员函数前加template关键字。

除了特化整个类之外，还可以特化类中的某些成员。成员特化声明与函数模板特化一样，以空的模板形参表开头：

Template<>

Void Queue::push(const char*,const char*);

此声明要放在Queue头文件中。

如果类模板有一个以上的模板形参，我们可以特化某些模板形参而非全部。使用类模板的部分特化可以做到这一点。

类模板的部分特化也是模板。它以关键字template开头，接<>括住的模板形参表 。如：

template

class someclass

{}；

template

class someclass

函数模板也可以重载，可以定义有相同名字但形参数目或类型不同的多个函数模板 。也可以定义域函数模板与相同名字的普通函数。

后面介绍的是模板的高级内容：模板特化。暂时用不着，知道在这里有这些东西就可以了。前面的知识点对模板的初步使用已经足够了。以后具体开发中可以再回来参考本章内容。

接下来为使用模板实现自己的Queue容器。

#include
using namespace std;

template
class QueueItem
{
public:
	T data;
	QueueItem *next;
public:
	QueueItem(T const &d)
	{
		data=d;
		next=NULL;
	}

};
template 
class Queue
{
public:
	QueueItem *head;
	QueueItem *tail;
public:
	Queue()
	{
		head=NULL;
		tail=NULL;
	}
	T&front()
	{
		return head->data;
	}
	void push(T const &d)
	{
		QueueItem *p=new QueueItem(d);
		if(empty())
		{
			head=tail=p;//注意第一次赋值哦。
		}
		else
		{   tail->next=p;
			p->next=NULL;//多余哦。
			tail=p;
		}
	}
	void pop()
	{
		QueueItem *temp=head;
		head=head->next;
		delete temp;

	}
	bool empty()
	{
		if(!head)
		{
			return true;
		}
		else
			return false;
	}
	T &operator=(Queue &rhs)
	{
		
		QueueItem *h=rhs.head;
		while(h)
		{
			push(h->data);
			h=h->next;
		}
		return *this;
	}
	void destroy()
	{
		while(!empty())
		{
			delete head;
			head=head->next;
		}
	}
};
int main(int argc,char**argv)
{
	Queue qi;

	qi.push(20);
	cout<<"front"< qi2=qi;

	cout<<"front"<