[C++笔记]模板初阶

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。

函数模板

函数模板代表一个函数家族，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。

格式：

//返回值类型 函数名(参数列表){}
template<typename T1, typename T2,......,typename Tn>

注意：typename是用来定义模板参数关键字，也可以使用class(STL早期用class较多)。
切记：不能使用struct代替class,C++保留struct只是为了向下兼容C。

另：模板类型一般用大写，可以不叫T。

例：
swap函数

template<typename T>
void Swap( T& left, T& right){
T temp = left;
left = right;
right = temp;
}
int main(){
	int a = 1,b = 2;
	Swap(a,b);
	double c = 1.14514, d=1.919810;
	Swap(c,d);
	return 0;
}

例子中两次调用Swap函数，实际上调用的并不是同一个函数，而是基于模板生成的相应类型参数的函数。
另：其实c++库里已有swap函数，这里为了演示而自己实现Swap。

函数模板是一个蓝图，它本身并不是函数，而是编译器产生特定具体类型函数的模具。
模板使得本来应由使用者手动去做的重复工作能够交给编译器来自动完成。

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。

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

template<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;
	//实参传递给形参，自动推演模板类型
	Add(a1, a2);
	Add(d1, d2);
	/*
	Add(a1, d1);
	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，会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，出现歧义，故而报错。
	*/
	
	//注意：在模板中，编译器一般不会进行类型转换操作，因为可能转化出问题。
	//需要类型转换时有两种处理方式：
		//1. 用户自己来强转
	Add(a1, (int)d1);
	Add((double)a1, d1);
		//2. 使用显式实例化(见后文)
	return 0;
}

2. 显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的类型

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right) {
	return left + right;
}
int main(){
	int a = 10;
	double b = 20.0;
	// 显式实例化
	Add<int>(a, b);
	Add<double>(a, b);
	return 0;
}

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。

//特化处理int的加法函数
int Add(int left, int right){
	return left + right;
}
//通用的加法函数模板
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。

//特化处理int的加法函数
int Add(int left, int right) {
	return left + right;
}
//通用的加法函数模板
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。

类模板

格式：

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

注意：类模板的声明与定义必须在同一文件，不可以像普通类那样声明在头文件定义在源文件，否则会有链接错误。(原因在模板进阶部分讲)

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，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;

类模板使用例：

动态顺序表

template<class T>
class Vector{
//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
//库里的vector的v是小写的，这里用的是大写
public:
	Vector(size_t capacity = 10)
		: _pData(new T[capacity])
		, _size(0)
		, _capacity(capacity)
	{}
	
	~Vector();//这里用析构函数演示类模板中函数的"在类中声明，在类外定义"。
	
	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，除了类名，还需要给出模板参数列表
template <class T>
Vector<T>::~Vector(){
	if (_pData)
		delete[] _pData;
	_size = _capacity = 0;
}