模板(泛型编程)
目录
泛型编程
函数模板
函数模板的原理
函数模板的实例化
模板参数匹配原则
非类型模板参数
模板特化
函数模板的特化
类模板特化
模板分离编译
模板总结
泛型编程
首先我们要了解一下泛型编程，所谓泛型编程是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。
什么意思呢，举个例子比如我们要写一个交换函数swap，我们要写一个什么类型，比如我们要交换int，char，double类型，虽然有函数重载，但是我们也要写三个，太麻烦了，并且大大的增加了我们代码的复杂性，而我们如果用函数模板就只要写一个就可以了，下面我来演示一下这段代码。
template
void swap(T& a, T& b)
{
T c = a;
a = b;
b = c;
} 函数模板
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。
函数模板的格式
template
注意：typename是用来定义模板参数关键字，也可以使用class
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。
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
接下来我用代码来演示一下
template
T Add(T left,T right)
{
return left + right;
}
int main()
{
int a1 = 10, a2 = 20;
double d1 = 10.0, d2 = 20.0;
1.Add(a1, a2);
2.Add(d1, d2);
3.Add(a1, d1);
4.Add(a1, (int)d1);
5.Add(a1, d1);
} 根据上面的函数模板，下面有五种使用情况，第一第二是隐式实例化，第三就不行，因为，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类型而报错，此时有两种处理方式：1. 用户自己来强制转化 2. 使用显式实例化，这两中处理方式分别对应第四第五。
模板参数匹配原则
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
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; 非类型模板参数
1. 非类型模板参数
模板参数分类类型形参与非类型形参。
类型形参即：出现在模板参数列表中，跟在class或者typename之类的参数类型名称。
非类型形参，就是用一个常量作为类(函数)模板的一个参数，在类(函数)模板中可将该参数当成常量来使用。
namespace chx
{
// 定义一个模板类型的静态数组
template
class array
{
public:
private:
T _array[N];
size_t _size;
};
} 注意：
1. 浮点数、类对象以及字符串是不允许作为非类型模板参数的。
2. 非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果。
模板特化
通常情况下，使用模板可以实现一些与类型无关的代码，但对于一些特殊类型的可能会得到一些错误的结果，需要特殊处理，比如：实现了一个专门用来进行小于比较的函数模板
// 函数模板 -- 参数匹配
template
bool l(T left, T right)
{
return left < right;
}
int main()
{
int d1 = 10;
int d2 = 100;
cout << l(1, 2) << endl; // 可以比较，结果正确
cout << l(d1, d2) << endl; // 可以比较，结果正确
int* p1 = &d1;
int* p2 = &d2;
cout << l(p1, p2) << endl; // 可以比较，结果错误
return 0;
} 函数模板的特化
函数模板的特化步骤：
1. 必须要先有一个基础的函数模板
2. 关键字template后面接一对空的尖括号<>
3. 函数名后跟一对尖括号，尖括号中指定需要特化的类型
4. 函数形参表: 必须要和模板函数的基础参数类型完全相同，如果不同编译器可能会报一些奇怪的错误。
// 函数模板 -- 参数匹配
template
bool l(T left, T right)
{
return left < right;
}
// 对Less函数模板进行特化
template<>
bool l(int* left, int* right)
{
return *left < *right;
}
int main()
{
int d1 = 10;
int d2 = 100;
cout << l(1, 2) << endl; // 可以比较，结果正确
cout << l(d1, d2) << endl; // 可以比较，结果正确
int* p1 = &d1;
int* p2 = &d2;
cout << l(p1, p2) << endl; // 可以比较，结果正确
return 0;
} 注意：一般情况下如果函数模板遇到不能处理或者处理有误的类型，为了实现简单通常都是将该函数直接给出。
bool l(int* left, int* right)
{
return *left < *right;
}
该种实现简单明了，代码的可读性高，容易书写，因为对于一些参数类型复杂的函数模板，特化时特别给出，因此函数模板不建议特化。
类模板特化
全特化
全特化即是将模板参数列表中所有的参数都确定化。
template
class Data
{
public:
private:
T1 _d1;
T2 _d2;
};
template<>
class Data
{
public:
private:
int _d1;
char _d2;
};
int main()
{
Data d1;
Data d2;
return 0;
} 偏特化
任何针对模版参数进一步进行条件限制设计的特化版本。比如对于以下模板类：
偏特化有以下两种表现方式：
部分特化
将模板参数类表中的一部分参数特化。
template
class Data
{
public:
private:
T1 _d1;
T2 _d2;
};
template
class Data
{
public:
private:
T1 _d1;
char _d2;
};
参数更进一步的限制
偏特化并不仅仅是指特化部分参数，而是针对模板参数更进一步的条件限制所设计出来的一个特化版本。
template
class Data
{
public:
private:
T1 _d1;
T2 _d2;
};
template
class Data
{
public:
private:
T1 _d1;
T2 _d2;
};
模板分离编译
什么是分离编译
一个程序由若干个源文件共同实现，而每个源文件单独编译生成目标文件，最后将所有目标文件链接起来形成单一的可执行文件的过程称为分离编译模式。
模板是不能分离编译的，为什么？
模板的T是未知的，是需要实例化的，也就是说，你写一个vector
解决方法
1. 将声明和定义放到一个文件 "xxx.hpp" 里面或者xxx.h其实也是可以的。推荐使用这种。
2. 模板定义的位置显式实例化。这种方法不实用，不推荐使用。
模板总结
优点
1. 模板复用了代码，节省资源，更快的迭代开发，C++的标准模板库(STL)因此而产生
2. 增强了代码的灵活性
缺点
1. 模板会导致代码膨胀问题，也会导致编译时间变长
2. 出现模板编译错误时，错误信息非常凌乱，不易定位错误