＜C++＞ 四、模板初阶

1.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。模板是泛型编程的基础。

如何实现一个通用的交换函数呢？使用函数重载可以实现

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;
}

使用函数重载虽然可以实现，但是有一下几个不好的地方：

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

 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？

模板！！

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 函数模板格式

// 泛型编程 --模板
template 
// template  //可以用class也可以用typename
void Swap(T &x, T &y)
{
    T tmp = x;
    x = y;
    y = tmp;
}

// 定义多个模板参数
template 
void Func()
{
}

int main()
{
    int a = 1, b = 2;
    // Swap(a, b);
    // C++库中有swap函数可以直接用
    swap(a, b);
    double c = 1.1, d = 2.2;
    Swap(c, d);
    return 0;
}

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)

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。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。

2.4 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。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

2. 显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

template 
T Add(const T &left, const T &right)
{
    return left + right;
}

int main()
{
    int a1 = 10, a2 = 20;
    double d1 = 10.11, d2 = 20.22;
    // 隐式实例化，实参传递给实参，自动推演模板类型
    cout << Add(a1, a2) << endl;  //int
    cout << Add(d1, d2) << endl;  //double

    // Add(a1, d1); // err 编译器不知道是int还是double
    cout << Add(a1, (int)d1) << endl;   //d1转换为int ，模板类型为int
    cout << Add((double)a1, d1) << endl;  //a1转换为double，模板类型为double

    // 显示实例化
    cout << Add(a1, d1) << endl;  //强制模板类型为int
    cout << Add(a1, d1) << endl;  //强制模板类型为double
}

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 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

// 专门处理int的加法函数
int Add(int left, int right)
{
    return left + right;
}
// 通用加法函数
template 
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(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

// 专门处理int的加法函数
int Add(int left, int right)
{
    return left + right;
}

// 通用加法函数
template 
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

 问题？typedef可以实现模板功能？ typedef不能实现模板功能，看下面的例子：

//typedef不能实现模板功能
typedef double STDataType;
class Stack
{
private:
    STDataType *_a;
    size_t _top;
    size_t _capacity;
};

int main()
{
    //无法定义两个栈，一个是int类型的一个是double类型，而模板可以解决
    Stack st1; // int
    Stack st2; // double

    return 0;
}

 无法定义两个栈，一个是int类型的一个是double类型，而模板可以解决

//C++方式实现栈
template 
class Stack
{
public:
    Stack(int capaicty = 4)
    {
        _a = new T[capaicty];
        _top = 0;
        _capacity = capaicty;
    }

    ~Stack()
    {
        delete[] _a;
        _capacity = _top = 0;
    }

private:
    T *_a;
    size_t _top;
    size_t _capacity;
};

int main()
{
    Stack st1;    // int
    Stack st2; // double

    return 0;
}

3.类模板

3.1 类模板的定义格式

下面是一个对于vector类定义类模板的例子：

// 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
// T对象，vector为模板名
template 
class Vector
{
public:
    Vector(size_t capacity = 10)
        : _pData(new T[capacity]), _size(0), _capacity(capacity)
    {
    }

    // 使用析构函数演示：在类中声明，在类外定义。
    ~Vector();

    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，需要加模板参数列表
template 
Vector::~Vector()
{
    if (_pData)
        delete[] _pData;
    _size = _capacity = 0;
}

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。

// Vector类名，Vector才是类型
Vector s1;
Vector s2;