模板详解 --- 函数模板与类模板

目录

函数模板

函数模板的格式：

函数模板的实例化：

模板参数的匹配原则

类模板

类模板的格式:

类模板的实例化:

非类型模板参数

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我们为什么要使用模板？

        C++使用模板的目的是为了解决C语言中无法解决的一个关键问题。假如在C语言中我们在一个源文件里面写了一个栈，现在要求你使用同一个栈的类型去创建2个栈，一个栈中的数据存储int类型，另一个存储double类型。你会发现你没办法实现这个功能。然而在C++中，我们可以通过使用类模板，同时实例化出一个int类型的栈和一个double类型的栈。除此之外，使用模板是符合泛型编程的理念的。

模板是干什么的？

        模板就是如字面意思一样，它只是一个模板，但是当我们使用函数模板/类模板去实例化对象的时候，编译器会根据你在实例化时给的类型去自动生成对应类型的函数/类对象让你去使用。举个例子，我们比如要实现1对整形数据的交换(swap)，1对浮点类型的数据的交换和1对字符型数据的交换。此时我们需要写3个不同的swap函数去分别实现这三次调用。这样的代码看起来过于冗余了，并且这样的代码维护性也较差。此时我们就可以实现一个函数模板，当我们要进行整形数据的交换时，编译器会自动根据我们传的类型去实例化出一个整形的swap函数。

//不使用函数模板时，我们需要自己写3个不同的函数
void Swap(int& x, int& y)
{
	int tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}
void Swap(double& x, double& y)
{
	double tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}
void Swap(char& x, char& y)
{
	char tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}

//使用函数模板
template 
void Swap(T& x, T& y)
{
	T tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}

函数模板

        函数模板不是一个函数而是一个模板。函数模板与类型无关，也就是说我们在写函数模板时写与类型无关的代码。函数模板在使用时才会被实例化，并且它是根据具体的实参类型去实例化不同的函数模板的。

函数模板的格式：

template

函数的实现

注意：class是用来定义模板参数的关键字，它也可以用typename取代。（但是不能用struct）

template     //template 
void Swap(T& x, T& y)
{
	T tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}

函数模板的实例化：

        当你用不同类型的参数去调用该函数模板时，称为函数模板的实例化。下图就是3种不同类型的参数去调用同一个函数模板，从而实例化出了3个不同的函数。

模板参数实例化还可以分为：隐式实例化和显示实例化。

隐式实例化：就是编译器根据你所给的实参去推演模板参数的实际类型。

显式实例化：在函数名的后面<>中去指定模板参数的类型。

template 
void Swap(T& x, T& y)
{
	T tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}

int main()
{
	int a = 1;
	int b = 2;
	double c = 1.1;
	double d = 1.2;
	//隐式实例化   
	Swap(a, b);
	Swap(c, d);
                
	//显式实例化
	Swap(a, b);
	Swap(c, d);

	return 0;
}

 注意：

        对于隐式实例化，只允许传同类型的变量 (当只有一个模板T时)。对于上面的例子，我们如果写 Swap(a, c); 的话，在编译期间，编译器通过a去推到T为int，通过c去推到T为double，这会导致编译器无法确定T的类型，因此会报错。 解决方法：可以写Swap(a, (int)c); 我们将c强转为int类型，这样就没问题了。或者我们去使用显式实例化，Swap(a, c); 这样编译器也知道我们想要T为int类型。 

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，那么什么情况下会调用非模板函数？什么情况下会调用函数模板？

调用非模板函数：

当你调用该函数的类型与非模板函数的类型相同时，编译器会优先调用非模板函数。

调用函数模板：

如果没有你调用该函数类型的非模板函数时，编译器就会去调用函数模板从而实例化出你指定的类型的函数。如果非模板函数的类型是你想调用的类型，但是你又不想调用非模板函数，你可以使用<>来显式实例化函数模板，此时编译器就会调用函数模板而不是非模板函数了。

void Swap(int& x, int& y)
{
	int tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
	cout << "非模板函数" << endl;
}

template 
void Swap(T& x, T& y)
{
	T tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
	cout << "函数模板" << endl;
}

int main()
{
	int a = 1;
	int b = 2;

	Swap(a, b);		//调用的是非模板函数
	Swap(a, b);//调用的是模板函数
	return 0;
}

类模板

         类模板的的使用方法和函数模板大相径庭。它同样不是一个类，而是一个模板，只有当使用该类去进行实例化对象的时候，才会生成对应类型的类。 

类模板的格式:

template     //模板参数
class className    //类名
{
    //类中的成员变量和成员函数
}

//具体例子
template     //template 
class Stack
{
public:
	Stack() {};
private:
	T*	   _a;
	size_t _capacity;
	size_t _size;
};

类模板的实例化:

        类模板实例化需要在类模板的名字后面加上<>，<>中指定具体的类型。

int main()
{
    //类名中的T替换成具体的类型
	Stack st1;
	Stack st2;

	return 0;
}

注意：

1. 类模板名不是真正的类，实例化的结果才是真正的类。

2. 当类模板中的函数在类的外面进行定义时，需要在每个函数的上面一行都加上参数列表，如：template 。在作用域解析符前面需要指定类的类名。(具体示例如下)

template 
void Stack::push_back(const T& x)
{}

小技巧：你就把类名当做 vector使用就可以了。也就是实例化的对象的类型就是vector...

非类型模板参数

模板参数是什么？

        模板参数就是template ，<>中的T1, T2就是模板参数。

模板参数的分类有哪些？

        模板参数可以分为：类型形参 和 非类型形参

类型形参：在参数列表中，跟在class或typename后面的参数类型的名称。(上面的T1，T2就是)

非类型形参：用一个常量去作为类/函数模板的一个参数。        (下面的例子中的N就是)

//非类型模板参数
template     //这里的T就是类型形参，N是非类型形参且N是个常量
class Array                  //C++11中Array就使用了非类型形参
{
public:
	Array() {}

private:
	T _a[N];	//静态数组
};

int main()
{
    Array a;    //创建了一个大小为10的整形数组
    Array b; //创建了一个大小为15的浮点型数组    

    return 0;
}

 注意：

1. 自定义类型、浮点型、string等类型是无法作为非类型的模板参数的

(通常情况下非类型模板参数使用的都是 字符型 或 整形)

2. 非类型的模板参数必须在编译期间就确定