【C++】模板（定义和使用）

泛型编程

泛型编程是一种很高级的编程思路，感性来理解的话，泛型编程思想编出来的代码往往需要有两个功能：

所有类型的数据都可以处理
所有数据结构所管理的数据都可以处理
总结来说就是不区分数据类型和数据结构

函数模板

针对加法函数，我们可以会这样定义

int Add(int left, int right)
{
	return left + right;
}

但是我们需要传递的参数如果不是两个整型那就不行了。如果需要传递的参数是double，需要重新进行函数的重载

double Add(double left, double right)
{
	return left + right;
}

但是如果传递的参数再发生变化，那么就又需要重新定义了，这样就非常麻烦，我们也不可能把所有的类型都定义出来。
这时候就需要用到函数模板了
函数模板的思路是这样的：我们以往的思路是调用函数时传递参数，事先定义好函数。那么我们可不可以抽象出一种函数，它无关于参数类型，只负责实现我们需要的功能，这样我们不就可以实现任意类型了吗？
函数模板就是这样做的，它定义了一种模板，只告诉编译器需要实现什么功能，而传递的参数类型只有在真正调用时才由编译器自行判断，自行生成函数。
我们举这样一个例子，实现两个参数的交换

template<typename T>
void Swap( T& left, T& right)
{
 	T temp = left;
 	left = right;
 	right = temp;
}

可以看到，我们并没有定义出传递的参数是什么类型，而是用T这样一个标志，通过template这样一个关键字定义。
在编译器编译阶段，编译器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。针对上述函数模板，当我们用int类型使用函数模板时，编译器通过对实参类型的推演，发现T需要被定义为int类型，然后会生成一份专门处理int类型的代码。

函数模板的实例化

对于类，通过类创建一个实体的过程叫做实例化，对于函数模板也一样，通过函数模板创建出一个函数的过程也叫做实例化。

函数模板的实例化分为两种类型：显式实例化和隐式实例化。

显式实例化Add(1, 2)就是告诉编译器：我需要将当前这个函数模板实例化出的函数是什么类型。
隐式实例化Add(1, 2)就是不告诉编译器，让编译器通过传递的实参自行判断。

而针对隐式实例化，如果我们传递的参数类型和函数模板不匹配，那么编译器会报错。

显式实例化不同，如果传递的参数类型和函数模板不匹配，那么编译器会进行类型转换，只有当无法类型转换时，编译器才会报错。

另外需要注意的是：

当函数和函数模板同名时，如果传递的参数类型和函数完全一致，那么就之间调用当前的函数，而不会进行函数模板的实例化。如果传递的参数和当前存在的函数参数类型不一致，那么就会调用函数模板，来实例化出更加符合当前参数类型的函数。

函数模板的编译原理

编译原理分为两步：

第一步：在函数模板实例化前对函数模板本身的代码进行简单的语法检测（例如看书写的格式是否是一个函数模板格式，甚至在早先的VS编译器中，都不会检测函数模板内部的语法）
第二步：在实例化后，编译器会根据实例化情况结合模板代码生成处理具体类型的代码

类模板

与函数模板类似，类模板也是创建出一种模板来，为了实现在通过这个类模板创建出和类型无关的类，从而提高代码的复用率。

例如：在数据结构中需要实现一个顺序表，顺序表的类定义如下

template<class T>
class vector
{
public:
	vector(size_t capacity = 3)
	{
		_capacity = capacity <= 3 ? 3 : capacity;
		_array = new T[_capacity];
		_size = 0;
	}

	~vector()
	{
		if (_array)
		{
			delete[] _array;
			_array = nullptr;
			_capacity = 0;
			_size = 0;
		}
	}

	void push_back(const T& data)
	{
		if(_size == _capacity)
			reserve(_capacity*2);

		_array[_size] = data;
		++_size;
	}

	void pop_back()
	{
		if (empty())
			return;

		--_size;
	}

	bool empty()const
	{
		return 0 == _size;
	}

	size_t size()const
	{
		return _size;
	}

	size_t capacity()const
	{
		return _capacity;
	}

	// []: 下标运算符
	T& operator[](size_t index);
	const T& operator[](size_t index)const;

	void reserve(size_t newcapacity)
	{
		//...
	}
private:
	T* _array;
	size_t _size;
	size_t _capacity;
};

template<class T>
T& vector<T>::operator[](size_t index)
{
	assert(index < _size);
	return _array[index];
}

template<class T>
const T& vector<T>::operator[](size_t index)const
{
	assert(index < _size);
	return _array[index];
}

void TestSeqList()
{
	// vector s1(10);  // 编译失败，因为SeqList不是具体的类，是生成类的模具
	vector<int> s1(10);
	s1.push_back(1);
	s1.push_back(2);
	s1.push_back(3);
	s1.push_back(4);


	cout << s1[0] << endl;
	s1[0] = 100;

	vector<string> s2(10);
	s2.push_back("hello");
	s2.push_back("world");
	s2.push_back("bites");
	s2.push_back("!!!");
}


// 将Stack的代码用模板来封装 || 将堆的代码用模板来封装
int main()
{
	TestSeqList();
	return 0;
}