【C++】模板初阶

【C++】模板初阶

1.泛型编程

什么是泛型编程？让我们先看下面问题。

如何实现一个交换函数？

这里轻松的实现了交换的功能，但我们注意到，它这个函数仅仅是针对整形数据进行交换，如果我们想对double类型的数据进行同样的操作，这个函数就不再适合。

再次实现double类型的交换，我们则需编写一个新的函数。

但是实现double类型交换的函数与实现int类型交换的函数，仅仅只有函数变量的类型不同，实现功能的代码都一样，这样写多个函数太繁琐。

那么有没有一种更合适的方法，让同一个函数可以供所有的数据类型使用呢？

那能否告诉编译器一个模子，让编译器根据不同的类型利用该模子来生成代码呢？

这个时候我们就需要了解泛型编程。

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。

在上图中，我们仅仅只用了一个函数就能将两种不同类型的数据进行交换。

这就是我们今天要介绍的函数模板。而函数模板是是泛型编程的基础。

2.函数模板

2.1函数模板的概念

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。

2.2函数模板的使用格式

template

返回值类型+函数名+参数列表+{}

template <typename T>
void Swap(T& x, T& y)
{
	int tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}

Ps：typename是用来定义模板参数的关键字，也可以使用class。

template <class T>
void Swap(T& x, T& y)
{
	int tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}

template <class T1，class T2>//多个模板参数
void Swap(T1& x, T2& y)
{
	int tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}

2.3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。所以其模板就是将本来应该我们做的重复的事情交给了编译器 。

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。

2.4函数模板的实例化

让我们看这个函数。

成功地使用了函数模板，让Add函数能供int类型和double类型使用。

那我们能不能在使用一个函数时，同时传两个不同的数据类型让函数模板处理呢？

int num3=Add(c,d);

这里发生了编译错误，因为在编译期间，当编译器看到该实例化时，需要推演其实参类型通过实参a将T推演为int，通过实参c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类型而报错

那我们该如何解决呢？

1.强制类型转换

运行成功

2.使用显式实例化

在这之前，我们先介绍一下什么是显式实例化

显示实例化：在函数名后的< >中指定模板参数的实际类型 。

template <typename T>
T Add(const T& x,const T& y)
{
    return x+y;
}
int main()
{
   int a=1;
   double b=1.0;
   Add<int>(a,b);
}

这样的方式同样也可以达到目的。

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 。

2.5函数模板的匹配原则

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

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，那么就会选择模板。

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

3.类模板

3.1类模板的使用格式

template <class T1,class T2,.....class Tn>
class 类模板名字
{
    //成员函数....
    //成员变量....
}；

我们用之前的栈类来用一下类模板。

我们往栈里面放入4个整形数据，那我们想往栈里存放4个double类型的数据该怎么办呢？将栈的定义里面的int一个个改成double吗？

我们使用了typedef了，可以很好的规避这些问题。

typedef int DataType;——————>>>>typedef double DateType；

那如果我们想使用同一个栈，即存放int类型和double类型呢，该怎么办，使用typedef好像无法解决这个问题。

这个时候就需要使用 类模板 了

3.2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

上面使用栈类正是类模板的实例化的体现。

Stack是类名，而Stack,Stack才是类型。

类模板一般没有推演时机，函数模板实参传递形参，推演模板参数

他们是同一个类模板实例化出来的

但是模板参数不同，他们就是不同类型

上面使用栈类正是类模板的实例化的体现。

[外链图片转存中…(img-6CDlndEu-1668319558537)]

Stack是类名，而Stack,Stack才是类型。

类模板一般没有推演时机，函数模板实参传递形参，推演模板参数

他们是同一个类模板实例化出来的

但是模板参数不同，他们就是不同类型