【C++】初识模板
模板
- 1.泛型编程
- 2.函数模板
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- （1）概念
- （2）函数模板的格式
- （3）函数模板的原理
- （4）函数模板的实例化
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- 隐式实例化
- 显式实例化
- （5）模板参数的匹配原则
- 3.类模板
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- （1）类模板的定义格式
- （2）类模板的实例化
1.泛型编程
我们已经知道C++可以支持函数重载，也就是说拿Swap函数举例的话，我们可以实现多种类型的交换函数：
void Swap(int& x, int& y)
{
int tmp = x;
x = y;
y = tmp;
}
void Swap(char& x, char& y)
{
char tmp = x;
x = y;
y = tmp;
}
但是如果一个项目中要交换的变量类型有很多种， 那么我们就需要实现多个Swap函数，但是Swap函数的逻辑是完全一样的，这样就使得代码的复用率变得很低，同时代码的可维护性比较低，一个出错可能所有的重载均出错。那么有什么好的解决方法吗？
我们是否可以给编译器一个模具，让编译器根据这个模具自己去生成相应的代码呢？
这就是泛型编程了，即编写与类型无关的通用代码，这是代码复用的一种手段。而**模板是泛型编程的基础。**模板分为两种，函数模板和类模板。
2.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）函数模板的格式
template
即：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(切记：不能使用struct代替class)
还是用我们上面的Swap函数举例，那么使用函数模板的话就是：
template <typename T>
void Swap(T& x, T& y)
{
T tmp = x;
x = y;
y = tmp;
}
（3）函数模板的原理
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。
这是什么意思呢？实际上，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。
（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。函数模板的实例化分为两种，一种是隐式实例化，另外一种是显式实例化。
隐式实例化
即让编译器自己推演函数参数的类型。需要注意的是隐式实例化的参数一定要匹配，否则可能产生分歧导致编译器无法识别。比如：
template <typename T>
T Add(const T& a, const T& b)
{
return a + b;
}
int main()
{
int a = 10;
int b = 20;
double c = 1.1;
double d = 2.2;
//Add(a,c);//该语句不能通过编译,因为无法确定T是int还是double
//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
cout << Add(a, (int)c) << endl;
cout << Add((double)b, d) << endl;
}
需要注意的是，这里不用Swap函数做例子的原因是：若进行强转，会产生临时变量，其具有常性，需用const修饰，无法交换，而实际上，从常识上来说，不同类型的变量也不会交换。
template <typename T>
void Swap(T& x, T& y)
{
T tmp = x;
x = y;
y = tmp;
}
int main()
{
int a = 10;
int b = 20;
double c = 1.1;
double d = 2.2;
//Swap(a, (int)c);//强转是赋值给一个临时变量，其具有常性，必须用const引用
//但是一般不同类型的变量也不会交换，因此，这种交换没有意义
return 0;
}
显式实例化
即在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型。
int main()
{
int a = 10;
int b = 20;
double c = 1.1;
double d = 2.2;
cout << Add<int>(a, c) << endl;
cout << Add<double>(a, c) << endl;
}
再显式实例化中，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。
（5）模板参数的匹配原则
- 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：
template <typename T>
void Swap(T& x, T& y)
{
T tmp = x;
x = y;
y = tmp;
}
void Swap(int& x, int& y)
{
int tmp = x;
x = y;
y = tmp;
}
int main()
{
int a = 10;
int b = 20;
double c = 1.1;
double d = 2.2;
Swap(a, b);//调用已经实现的非模板函数
Swap(c, d);//调用模板函数
return 0;
}
- 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：
template <typename T1, typename T2>
T2 Add(const T1& a, const T2& b)
{
return a + b;
}
int Add(const int& a, const int& b)//专门处理int的Add函数
{
return a + b;
}
int main()
{
int a = 10;
int b = 20;
double c = 1.1;
double d = 2.2;
cout << Add(a, c) << endl;//调用模板函数
}
- 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
- 总结来说，对于函数调用的优先级就是：完全匹配 > 模板 > 类型转换匹配。
3.类模板
（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
};
从Satck类来看，实际上类模板与普通的类区别不大，只是有两点需要注意：1.类模板中函数放在类外进行定义时，需要加模板参数列表；
2.再类外定义的函数必须和类在同一个文件，否则会出现链接错误。
template
class Stack
{
public:
Stack(int capacity = 4)
:_a(new T[capacity])
,_top(0)
,_capacity(capacity)
{}
~Stack()
{
delete[] _a;
_top = _capacity = 0;
}
void Push(T x);
private:
T* _a;
int _top;
int _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
void Stack::Push(T x)
{
if (_top == _capacity)
{
_capacity *= 2;
T* tmp = (T*)realloc(_a, sizeof(int) * _capacity);
if (tmp == nullptr)
{
cout << "realloc fail" << endl;
exit(-1);
}
_a = tmp;
}
_a[_top++] = x;
}
（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。
int main()
{
// Stack类名，Stack才是类型
Stack<int> s1;
Stack<char> s2;
return 0;
}