C++模板简介——泛型编程

泛型编程

概念：泛型编程是编写一种与类型无关的代码，增强代码复用性。

如何实现一个交换函数呢？假如要交换两个整数，也许我们会做如下处理

void swap(int& a,int& b){
	int tmp = a;
	a = b;
	b = tmp;
}

这样实现没有问题，但是假如我要交换char型,float 型等等，我们只能通过函数重载完成。重载的函数仅仅只是类型不同，代码的复用率比较低，只要有新类型出现时，就需要增加对应的函数。另一个代码的可维护性比较低，一个出错可能所有的重载均出错。但是有了泛型编程有了模板以后，我们就不用那么麻烦了。

模板

函数模板

1. 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. 函数模板格式
   template
   返回值类型 函数名(参数列表){}

注意：typename是用来定义模板参数关键字，也可以使用class(不能使用struct代替class)

有了模板有了泛型编程以后，我们该怎么上面的那个交换函数的问题呢？

template<class T>
void swap(T& a，T& b){
	T tmp = a;
	a = b;
	b = tmp;
}

那么为什么使用这样一种方式就能解决那种问题呢？

函数模板的原理

模板其实就是一个模具，它本身并不是函数，它只是编译器用来生成特定函数的一个模具而已，它将本来应该我们重复做的事情交给了编译器，让我们使用起来更加轻松。

在编译阶段，对于模板函数，编译器需要根据传入的实参具体推演出所需类型的函数，以供调用。例如，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，对于字符类型等也是如此。

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：让编译器根据实参类型自动推导

template<class T>
T Add(const T& a, const T& b)
{
 return a + b;
}
int main()
{
 int a1 = 10, a2 = 20;
 double d1 = 10.0, d2 = 20.0;
 Add(a1, a2);
 Add(d1, d2);

 /*
 Add(a1, d1);
 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
 */
 Add(a, (int)d);
 // 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
 return 0;
}

2. 显式实例化：指定函数模板的类型

int main(void)
{
 int a = 10;
 double b = 20.0;

 // 显式实例化
 Add<int>(a, b);  //int int 交换
 return 0;
}

模板参数的匹配原则

1. 一个函数模板可以和非函数模板的同名函数同时存在
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，如果函数模板更加匹配，则使用函数模板。

// 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 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
 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
}

注：模板函数不允许自动类型转换，但是普通函数可以进行自动类型转换。

类模板

• 类模板定义格式

template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 类模板名
{
 // 类内成员定义
}; 

• 类模板实例化：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才是类型
vector<int> s1;
vector<double> s2;