【C++详解】——模板
CSDN话题挑战赛第2期
参赛话题：学习笔记
目录
泛型编程
函数模板
函数模板的概念
函数模板的格式
函数模板的原理
函数模板的实例化
（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
函数模板的匹配原则
类模板
类模板定义格式
类模板的实例化
泛型编程
首先我提出一个问题，如果让你实现一个swap函数，你会怎么做？
在C语言中，你应该会这样写：
// 交换两个整型
void Swap_int(int* p1, int* p2)
{
int tmp = *p1;
*p1 = *p2;
*p2 = tmp;
}
// 交换两个双精度浮点型
void Swap_double(double* p1, double* p2)
{
double tmp = *p1;
*p1 = *p2;
*p2 = tmp;
}
学习C++的函数重载之后，可以进行这样的优化：
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;
}使用函数重载虽然可以实现一个通用的函数，但是有一下几个不好的地方：
- 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
- 代码的可维护性比较低，一个出错可能所有的重载均出错
在C++中，对于这个swap函数，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相应的代码，这样将会大大减少代码的冗余。C++大佬们便想出了模板来解决这个问题。这便可以称为泛型编程。
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。模板又分为函数模板和类模板两类，下面我将依次讲解。
函数模板
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。就比如上面的swap函数，我们只需要写好一个模板，编译器便可以根据我们的模板，自动生成对应类型的具体函数。
函数模板的格式
template
返回类型 函数名(参数列表)
{
//函数体
}
template
void Swap( T& left, T& right)
{
T temp = left;
left = right;
right = temp;
} 注意：typename是用来定义模板参数的关键字，也可以用class代替，但是不能用struct代替。
上文中swap函数就可以用模板，如下图
函数模板的原理
那么函数模板的底层原理是什么呢？大家都知道，瓦特改良蒸汽机，人类开始了工业革命，解放了生产力。机器生产淘汰掉了很多手工产品。其本质就是将重复的工作交给了机器去完成。有人给出了论调：懒人创造世界！
函数模板就是一个蓝图，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，对于函数模板的使用，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int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int类型，然后产生一份专门处理int类型的代码，对于double类型也是如此。
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
#include
using namespace std;
template
//因为C++标准库里面已经写好了swap函数，所以这里命名为大写防止冲突
void SWAP(T& x, T& y)
{
T tmp = x;
x = y;
y = tmp;
}
int main()
{
int a = 1, b = 2;
double m = 1.0, n = 2.0;
SWAP(a, b); //编译器根据实参a和b推演出模板参数为int类型
return 0;
} 特别注意：使用模板时，编译器一般不会进行类型转换操作。所以，以下代码将不能通过编译。
在编译期间，编译器根据实参推演模板参数的实际类型时，根据实参m将T推演为double，根据实参b将T推演为int，但是模板参数列表中只有一个T，编译器无法确定此处应该将T确定为int还是double。
此时，我们有两种处理方式，第一种就是我们在传参时将b强制转换为int类型，第二种就是使用下面说到的显示实例化。
（2）显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型
注意：使用显示实例化时，如果传入的参数类型与模板参数类型不匹配，编译器会尝试进行隐式类型转换，如果无法转换成功，则编译器将会报错。
函数模板的匹配原则
一、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
#include
using namespace std;
//专门用于int类型加法的非模板函数
int Add(const int& x, const int& y)
{
return x + y;
}
//通用类型加法的函数模板
template
T Add(const T& x, const T& y)
{
return x + y;
}
int main()
{
int a = 10, b = 20;
int c = Add(a, b); //调用非模板函数，编译器不需要实例化
int d = Add(a, b); //调用编译器实例化的Add函数
return 0;
}
二、对于非模板函数和同名的函数模板，如果其他条件都相同，在调用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，那么选择模板
#include
using namespace std;
//专门用于int类型加法的非模板函数
int Add(const int& x, const int& y)
{
return x + y;
}
//通用类型加法的函数模板
template
T1 Add(const T1& x, const T2& y)
{
return x + y;
}
int main()
{
int a = Add(10, 20); //与非模板函数完全匹配，不需要函数模板实例化
int b = Add(2.2, 2); //函数模板可以生成更加匹配的版本，编译器会根据实参生成更加匹配的Add函数
return 0;
}
三、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
#include
using namespace std;
template
T Add(const T& x, const T& y)
{
return x + y;
}
int main()
{
int a = Add(2, 2.2); //模板函数不允许自动类型转换，不能通过编译
return 0;
}
类模板
类模板定义格式
template
class 类模板名
{
//类内成员声明
};
例如：
template
class Score
{
public:
void Print()
{
cout << "数学成绩:" << _Math << endl;
cout << "英语成绩：" << _English << endl;
cout << "语文成绩：" << _Chinese << endl;
}
private:
T _Math;
T _English;
T _Chinese;
}; 注意：类模板中的成员函数若是放在类外定义时，需要加模板参数列表。
template
class Score
{
public:
/*void Print()
{
cout << "数学成绩:" << _Math << endl;
cout << "英语成绩：" << _English << endl;
cout << "语文成绩：" << _Chinese << endl;
}*/
void Print();
private:
T _Math;
T _English;
T _Chinese;
};
//类模板中的成员函数在类外定义，需要加模板参数列表
template
void Score::Print()
{
cout << "数学成绩:" << _Math << endl;
cout << "英语成绩：" << _English << endl;
cout << "语文成绩：" << _Chinese << endl;
}
除此之外，类模板不支持分离编译，即声明在xxx.h文件中，而定义却在xxx.cpp文件中。
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。
//Score不是真正的类，Score和Score才是真正的类
Score s1;
Score s2;