【C++】模板初阶

【C++】模板初阶

在学习模板之前首先要理解一个简单的概念—泛型编程。

泛型编程

想象一下如何实现一个通用的交换函数呢？

在没有学习模板之前，首先想到的肯定是函数重载，例如：

void Swap(int& left, int& right)
{
	int temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}
void Swap(double& left, double& right)
{
	double temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}
void Swap(char& left, char& right)
{
	char temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}
///..............

这种方法虽然可以，但是效率很低下，而且会有一定的问题：

1. 重载的函数仅仅是类型不同，代码复用率比较低，只要有新类型出现时，就需要用户自己增加对应的函数

2. 代码的可维护性比较低，一个出错可能所有的重载均出错

所以C++98中引入了模板的概念，可以说这是C++发展史上的一个转折点：

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

函数模板格式

template
返回值类型 函数名(参数列表){}  

举个简单的例子：

template <typename T>
//template 
void Swap(T& t1, T& t2)
{
	T tmp = t1;
	t1 = t2;
	t2 = tmp;
}

注意：typename是用来定义模板参数关键字，可以用class代替typename，但是不可以用struct。

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

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。

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。

• 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 <typename T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
	return left + right;
}
int main()
{
	int a = 10, b = 20;
	cout << Add(a, b) << endl;
	double c = 3.14, d = 5.2;
	cout << Add(c, d) << endl;
	return 0;
}

编译器根据参数类型，自动生成了对应的函数来调用。通过汇编我们也可以明显看到。

这个看起来比较特殊的函数名就是我们马上要看的显式实例化。

显式实例化

还是那段代码看下面这个场景：

此时就有两种处理方式，一种就是手动将类型转换，

int main()
{
	int a = 10;
	double b = 3.14;
	Add(a, (int)b);
	Add((double)a, b);
	return 0;
}

另一种就是显式实例化的方式：

template <typename T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
	return left + right;
}
int main()
{
	int a = 10;
	double b = 3.14;
	Add<int>(a, b);
	Add<double>(a, b);
	return 0;
}

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

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

可以看到，默认情况下有更合适的是调用的非模板函数。

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， 那么将选择模板

类模板

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
};

下面是一个简单的示例：

// 动态顺序表
// 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
template<class T>
class Vector
{
public:
	Vector(size_t capacity = 10)
		:_pData(new T[capacity]), _size(0),_capacity(capacity)
	{}
	~Vector()
	{
		if (_pData)
			delete[] _pData;
		_size = _capacity = 0;
	}
	void PushBack(const T& data);
	void PopBack();
	//......
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，需要加模板参数列表

template <class T>
Vector<T>::~Vector()//注意Vector才是类型，用来指定类域
{
	if (_pData)
		delete[] _pData;
	_size = _capacity = 0;
}

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。

// Vector类名，Vector才是类型
Vector<int> s1;
Vector<double> s2;  

这里的Vector，Vector才是类型。Vector则是类名。