【C++】——模板

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
引例：实现交换函数

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;
}

函数重载的缺点：
1、代码复用率低，只要有新的类型出现，就要增加相应的函数
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

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。

函数模板格式：

template <class T>
//template
//template
//返回值类型 函数名（参数列表）{}

例：

template <class T>
//template
//template
void Swap(T& left, T& right)
{
	char temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}
int main()
{
	int i = 10;
	int j = 2;
	double a = 2;
	double b = 3;
	cout << i <<" "<< j << endl;
	cout << a <<" "<< b << endl;
	Swap(i, j);
	Swap(b, a);
	cout << "------------------" << endl;;
	cout << i << " " << j << endl;
	cout << a << " " << b << endl;
	return 0;
}

注意：typename是用来定义模板参数关键字，也可以使用class，但是不能使用struct代替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。

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

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<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
	return left + right;
}
int main()
{
	int a1 = 10, a2 = 20;
	double d1 = 10.0, d2 = 20.0;
	Add(a1, a2);
	Add(d1, d2);
	Add(a2, (int)d2);//隐式转换（强转）
	return 0;
}

显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
	return left + right;
}
int main(void)
{
	int a = 10;
	double b = 20.0;
	// 显式实例化
	Add<int>(a, b);
	return 0;
}

模板参数的匹配原则

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;
}
// 通用加法函数模板
template<class T>
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<int>(1, 2); // 调用编译器特化的Add版本
}

int main()
{
	Test();
	return 0;
}

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<class T1, class T2>
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
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

类模板

类模板定义格式

template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 类模板名
{
// 类内成员定义
};

用类模板实现栈：

template<class T>
class Stack
{
public:
	Stack(size_t capacity = 4)
	{
		_array = new T[capacity];
		_capacity = capacity;
		_size = 0;
	}
	void Push(T x)
	{
		_array[_size++] = x;
	}
	~Stack()
	{
		delete[] _array;
		_size = _capacity = 0;
	}
private:
	T* _array;
	size_t _size;
	size_t _capacity;
};
int main()
{
	Stack<int> st1;//类模板的实例化  类1存int
	Stack<double> st2;//类2存double
	return 0;
}

C++库中自动提供的模板swap

#include 
using namespace std;
int main()
{
	int x = 0;
	int y = 1;
	swap(x, y);
	double a = 1.1;
	double b = 2.2;
	swap(a, b);
}

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;