C++学习笔记（七） 模板与泛型编程
模板简介
模板是C++一个非常重要的特性，它是C++泛型编程的基础。某些对C++持极度偏见的人甚至说模板是C++对这个世界的唯一贡献（当然，我是不赞同的），可见模板在C++中的重要性，而整个STL都是基于模板的，可见其应用之广泛。
C++引入模板的一个重要原因是算法的重用，比如下面一个例子：
bool mless_than(const int& v1, const int& v2) {
return v1 < v2;
}
template
bool mless_than(const T& v1, const T& v2) {
return v1 < v2;
} 使用的方式也很简单，直接调用就是了，聪明的编译器会自动为我们推导出模板的参数类型：
bool result = mless_than(2.8, 4.1);//double versionbool result = mless_than (2.8, 4.1);//double version 模板除了用在函数上，还可以用在类中，例如：
template
class A{
//...other definition
private:
T v;
//...other definition
} 如果经常使用STL的话，使用方式我们应该已经习惯了：
A a; 这个是用一个int版本的类A去定义了一个对象a.
需要注意的是，无论是函数模板，还是类模板，它们都不是真正的函数或是类，它只是告诉编译器该如何生成真正的函数实例或是类实例（这里并非对象哦），也就是说A并不是类，A
关于模板的简介就说到这吧，有了这个初步概念后，我们来看看class和typename的区别。
class和typename
在上面的模板定义中，我都是使用typename关键字来定义模板参数的，以前学习过或了解过模板的同学可能还会发现另一个关键字class被重用在这里用于定义模板参数，那么它们究竟有上面区别呢？答案是在定义模板参数这里，它们是没有区别的，由于typename是后引进的关键字，所以，在一些比较旧的代码中，class关键可能会更加常见些。
我说了它们在这里是没有区别的，但既然我单独列了一个小标题，说明这中间还是有点内容滴。typename在模板中还有一些别的作用。在谈这个之前，我们先来了解一个概念
：nested dependent type names（嵌套依赖类型名）。考虑下面的定义：
template
void test(const T& c) {
T::key_type *ptr;
//other implementation
}
typename c::key_type *ptr;对于像这种潜逃依赖类型名，我们在使用的时候都应该加上typename关键字进行修饰。但是，还是有例外的，例如在基类列表里面，如果有用到嵌套依赖类型，则不用typename关键字，因为这里出现的标示符只可能是类型名。
Nontype 模板
前面所谈及的都是类型模板，实际上C++的模板机制还支持非类型模板。为了更直观的说明它是什么，我们先来看一个它在STL中一个实际运用的例子，那就是位图类：
bitset<32> b;如上的定义方式是定义了一个大小为32的位图类，它利用非类型参数去指定其大小。我们来看一个非类型模板的简单实现：
template
class A{
//some definition
int data[SIZE];
} 可以看出，非类型模板参数在这里的作用是指定A
template void array_init(T (&parm)[N])
{
for (size_t i = 0; i != N; ++i) {
parm[i] = 0;
}
}
该函数的作用是对任意大小的数组进行初始化，这里巧妙的利用非类型参数指定了所传递的数组引用的大小。
模板的特化与偏特化
模板的作用是为任意的类型提供统一的实现方式，或是算法逻辑，或是数据结构。但有时候，对于某些类型，统一的实现方式并不能满足我们的要求，考虑最开始的那个模板函数，如果我们传递的是常量字符串，编译器会为我们实例化出这样的函数代码：
bool mless_than(const char* const& v1, const char* const& v2) {
return v1 < v2;
}编译运行都木有问题，可关键是，它比较的两个字符串的地址，而非字符串本身，这显然不是我们想要的。在这种情况下，我们就需要利用模板的特化功能为它定制一个专门的版本用于处理C_style的字符串，特化的实现方式如下：
template<>
bool mless_than(const char* const& v1, const char* const& v2) {
return strcmp(v1, v2) < 0;
}当我们传递 C_style的字符串时，编译器就会调用我们特化的这个版本，而不是利用模板去给我们呢生成。
模板的特化也可以用在类模板上，在特化的类中，我们不必遵循原先模板的定义方式。类模板的特化定义方式和函数模板大致类似，不过，它必须在类名后面显示的指定特化的模板参数类型。
除了模板特化，C++还允许我们对类模板进行偏特化（函数模板不行），就是只针对部分模板参数进行特化，例如：
template
class A{
//other definition
T d1;
V d2;
};
template
class A{
//other definition
T d1;
int d2;
}; 在偏特化中，我们将模板参数V特化为int，需要注意的是，偏特化后的模板仍然是一个模板类，而非实际的类。
模板元编程
所谓模板元编程实际上并没有引入新的C++特性，它是C++非类型模板与模板特化的一个非常奇妙的用法。它能够将一些运行时计算的任务放到编译期来完成，从而提高运行效率。例如，我们希望以常量的阶乘作为一个静态数组的大小，就可以利用模板元编程了：
template
class Factorial {
public:
unsigned VALUE = N*Factorial::VALUE;
};
template<>
class Factorial<0> {
public:
unsigned VALUE = 1;
}; 上面的模板类Factorial用于计算阶乘，它巧妙的利用递归在编译器就可以计算出我们所需要的阶乘值，值得注意的是，这里的递归出口是一个偏特化模板，很神奇吧。
模板的编译机制
谈完模板的一些基本特性与使用方式，我们最后来看一下模板编译机制。我们知道，模板只是提供被编译器供编译器生成实例的一种方式。而模板是按需进行实例化的，也就是说，如果我们按照我们的习惯将类模板的定义放在头文件里，而将其成员函数的实现放在源文件中，在对定义源文件进行编译时是不会生成任何代码的，这样在其他使用文件中因为只包含器类的定义而不包含实现，在连接过程中就会发生找不到类的错误。所以我们的模板代码必须全部放在头文件中，如果你为了方便管理，也可以讲实现放在源文件中，再通过头文件进行反包含。有些童鞋可能会担心重定义的问题，实际上把模板放在头文件中，这种C++标准中是运行的，编译器对它做了特殊处理，所以不会有普特类的定义放在头文件中的担心。
实际上在C++的标准中还有一个关键字export可以解决这个问题，不过由于目前还没多少编译器支持，所以这里也就不谈了。
模板的编译机制是按需的，不仅对于类型按需，对于那些并没有使用到的成员函数，编译器也不会对它进行编译的，这点很重要。前段时间，在网上翻博客时就碰见一位仁兄讲述的一个例子，他自己做了一个简单的模板库，在测试的时候没有问题，但在实际的使用过程中却碰到了大麻烦。因为他在测试时，对于有些类型并没有用到所有的成员函数，而这些成员函数编译器就没有对它进行编译，这才使问题在使用期才暴露出来。所以，了解模板的编译机制，对于我们以后开发自己的模板库有很重要的作用。
（不得不吐槽：以后再也不相信CSDN的草稿功能了，昨晚上一晚上的编辑全浪费了！）
参考文献：
《C++ Primer》 Stanley B.Lippman
Barbara E．Moo
《C++语言程序设计》 郑莉 董渊 何江舟