【C++初阶】C++模版（初阶）

前言

C++的模版也是相较于C语言更有优势的地方，正是有了模版，才让C++真正实现了泛型编程，并且为C++的STL标准库提供了先决条件。

泛型编程

提到泛型，那么什么是泛型呢？泛就是广泛的意思，可以被多处利用的意思。
那么什么是泛型编程呢：其实就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。
我们先来看一下下边一段代码：

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;
}

在没有学习模版之前，我们要实现两数交换并且要适用于多个数据类型，我们可以使用函数重载，要记得参数类型不同是可以构成函数重载的，我们可以编写多个函数来解决。
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？
下边这幅图片可能有助于理解什么叫做使用模版：

如果在C++中，也能够存在这样一个模具，通过给这个模具中填充不同材料(类型)，来获得不同材料的铸件(即生成具体类型的代码）。并且在C++中，分为函数模版和类模版。

函数模版

函数模板概念

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
template
返回值类型 函数名(参数列表){}

那么上述两数交换的代码就可以改为这样：

//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;
//}
template
void Swap(T& left, T& right)
{
	T temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}

我们只需要在使用的时候，对模版进行实例化就可以实现多个类型数据的交换，模版的实例化在后边会详细讲解。

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。

所以说实现多个类型数据交换并不是通过一个函数实现的，还是通过多个函数实现的，只是我们给编译器提供了一个范例，将重复拷贝的工作交给了编译器去干。

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

隐式实例化就是在函数模版进行实例化时，不给编译器提供具体的类型，而是传入数据让编译器去推演出应该实例化的类型。

我们先来看下边一段代码

int main()
{
	int a1 = 10, a2 = 20;
	double d1 = 10.0, d2 = 20.0;
	Add(a1, a2);
	Add(d1, d2);
	//这样是错误的
	//Add(a1, d1);
	// 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
	Add(a1, (int)d1);
	return 0;
}

我们发现当传入相同类型的变量时，隐式实例化可以解决，但是传入不同类型的变量，编译器就不知道到底要推演出哪一个类型，所以这样必须进行强转，或者直接采取显式实例化。

2.显式实例化

在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

int main(void)
{
 int a = 10;
 double b = 20.0;
 
 // 显式实例化
 Add(a, b);
 return 0;
}

函数模版的匹配规则

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
}

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

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。

类模版

类模板的定义格式

在定义类模板时，如果函数声明于定义分开编写，我们要记得带上模版参数列表，并且要加上类域表示符，并且不建议函数声明与定义分文件编写。

// 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
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;
}

类模板的实例化

类模版与函数模版不同，只能进行显式的实例化，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。
例如刚才的vector类并不是一个真正的类，而是一个模具，只有在实例化后例如vextor才是一个真正的类。

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

总结

今天讲解了模版初阶相关内容，后续会进入到模版的一些进阶操作。