模板初识与STL简介
初识模板
- 引言
- 函数模板
-
- 定义
- 实例化
-
- 隐式实例化
- 显式实例化
- 类模板
-
- 定义
- 实例化
- STL简介
-
- STL六大组件
- 总结
引言
模板是泛型编程的基础
在之前我们介绍过函数重载，可以定义许多函数名相同参数列表不同的重载函数，来实现不同类型的相似操作。调用重载函数时会根据传参调用一个合适的重载函数，这方便了调用这类方法。
但是，函数重载还是有一些不足：
重载的函数还是需要自己定义的，代码复用率不高。当需要增加一种类型的实现时，就需要我们再定义一个重载函数；重载函数的可维护性不高，如果出错了可能需要逐个修改每个重载函数。
泛型编程就可以解决这个问题，可以只写一份对所有类型通用的代码，在需要使用的时候由编译器生成相应的代码，是代码复用的一种手段。模板是泛型编程的基础
C++模板分为函数模板与类模板：
函数模板
函数模板代表了一类作用相同的函数，与类型无关。函数模板在使用时会由编译器自动实例化，生成一个特定类型的函数
定义
使用
template
返回值 函数名(参数列表) {}
可以定义一个函数模板，其中typename也可以用class代替。
例如一个交换函数模板：
template<typename T>
void Swap(T& a, T& b)
{
T temp = a;
a = b;
b = temp;
}
然后就可以像使用函数一样使用函数模板：
int main()
{
int a = 10;
int b = 20;
Swap(a, b);
cout << a << " " << b << endl;
return 0;
}
需要注意的是，template声明的typename只在其接下来的函数内有效
实例化
在使用函数模板时，编译器会生成一个指定类型的函数，即函数模板的实例化。
在指定生成函数的类型时，就有两种方式，即隐式与显式：
隐式实例化
隐式实例化即编译器根据调用时的实参自动指定模板参数的类型：
例如这段代码：
template<typename T>
T Add(const T& a, const T& b)
{
return a + b;
}
int main()
{
int a = 10;
int b = 20;
cout << Add(a, b) << endl;
return 0;
}
此时变量a与b均为int，编译器自然可以通过两个均为int的实参推演出T的类型为int，这并不难理解。
但是当实参的类型不相同时，就无法确定T究竟是两个参数类型中的哪一个了：
int a = 10;
double b = 20;
//cout << Add(a, b) << endl; //错误代码，调用Add时模板参数不明确
在模板中，不会擅自进行类型转换。 比如这种情况，在类型T不明确时，并不确定要将int转化为double还是将double转换为int。
解决的方法当然也很简单：
- 可以在传参时将实参的类型显式的转换为一致：
template<typename T>
T Add(const T& a, const T& b)
{
return a + b;
}
int main()
{
int a = 10;
double b = 20;
cout << Add(a, (int)b) << endl;
return 0;
}
需要注意的是，类型转换会生成一个临时变量，临时变量具有常性。所以如果模板的形参类型不是const修饰的话，就会发生权限放大，这种方法就是不可取的。
- 当然也可以显式的指定类型
T，这样编译器就会尝试进行隐式类型转换，即显式实例化：
显式实例化
显式实例化即在调用时函数名后的<>中显式的指定模板参数的类型： 函数名<模板参数列表>(实参列表);
例如上面的Add模板生成函数的调用：
int main()
{
int a = 10;
double b = 20;
cout << Add<int>(a, b) << endl; // Add(a, b)
return 0;
}
当指定了模板参数的类型后，编译器当然就能在传参时进行隐式类型转换了，转换失败时就会报错。
需要注意的是：
- 一个非模板函数可以和一个同名的函数模板同时存在，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：
例如：
int Add(const int& a, const int& b)
{
return a + b;
}
template<typename T1, typename T2>
T1 Add(const T1& a, const T2& b)
{
return a + b;
}
int main()
{
cout << Add(1, 2) << endl;
cout << Add(1, 2.0) << endl;
return 0;
}
在第一次调用Add函数时，实参类型均为int，所以优先调用非模板函数：
第二次调用Add函数时，第一个参数类型为int，第二个参数为double，模板生成的Add函数能更好的匹配，所以调用模板：
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
类似与函数，我们也可以定义一种与类型无关的类，即类模板。在使用时，再由编译器实例化为对于指定模板参数类型的类类型。
定义
使用
template
class 类模板名 {};
可以定义一个函数模板，其中typename也可以用class代替。
例如我们可以写一个简陋的栈：
template<typename T>
class Stack
{
public:
Stack(size_t size = 0, size_t capacity = 0) //构造函数
: _size(size)
, _capacity(capacity)
, _date(nullptr)
{
_date = new T[_capacity + 1]{ 0 };
}
void push(T n) //压栈
{
if (_size == _capacity)
{
if (_capacity == 0)
{
reserve(6);
}
else
{
reserve(_capacity * 2);
}
}
_date[_size] = n;
++_size;
}
void reserve(size_t capacity)
{
if (capacity > _capacity)
{
T* newdate = new T[capacity + 1]{ 0 };
_capacity = capacity;
for (int i = 0; i < _size; ++i)
{
newdate[i] = _date[i];
}
delete[] _date;
_date = newdate;
}
}
T top()
{
return _date[_size - 1];
}
size_t size()
{
return _size;
}
~Stack() //析构函数
{
delete[] _date;
_size = 0;
_capacity = 0;
}
private:
size_t _size;
size_t _capacity;
T* _date;
};
对于int型数据：
int main()
{
Stack<int> nums;
nums.push(1);
nums.push(2);
nums.push(3);
nums.push(4);
nums.push(5);
cout << nums.top() << endl;
cout << nums.size() << endl;
return 0;
}
对于char型数据：
int main()
{
Stack<char> str;
str.push('a');
str.push('b');
str.push('c');
str.push('d');
str.push('e');
cout << str.top() << endl;
cout << str.size() << endl;
return 0;
}
不难发现，对于不同的模板参数类型，这个简陋的栈可以实现其效果。
实例化
不同于函数模板，类模板不能通过参数来推断模板参数的类型，所以类模板的实例化必须在调用时的类模板名后的<>中显式指出模板参数。
例如对上面的栈模板的使用：
int main()
{
//实例化类模板并实例化类对象
Stack<char> str;
Stack<int> nums;
Stack<double> dnums;
//对不同类型的栈堆栈
str.push('a');
str.push('b');
nums.push(3);
nums.push(4);
dnums.push(20.0);
dnums.push(30.0);
//打印不同类型栈的栈顶元素及元素个数
cout << str.top() << endl;
cout << str.size() << endl;
cout << nums.top() << endl;
cout << nums.size() << endl;
cout << dnums.top() << endl;
cout << dnums.size() << endl;
return 0;
}
需要注意的是：类模板名字不是真正的类，而实例化的结果才是真正的类
STL简介
STL(standard template libaray-标准模板库)：是C++标准库的重要组成部分，不仅是一个可复用的组件库，而且是一个包罗数据结构与算法的软件框架
STL六大组件
容器：string、vector、list、deque、map、set等
算法：find、swap、reverse、sort等
（这里只做了解，接下来将会逐渐详细介绍）
总结
到此，关于模板初阶的内容就介绍完了
包括函数模板与类模板
如果大家认为我对某一部分没有介绍清楚或者某一部分出了问题，欢迎大家在评论区提出
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