【C++】模板初阶 【 深入浅出理解 模板 】

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前言：泛型编程

如何实现一个通用的交换函数呢？

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;
}
......

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？

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）**，那将会节省许多头发。巧的是前人早已将树栽好，我们只需在此乘凉。

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 template

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一、函数模板

（一）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。

（二）函数模板格式

template
返回值类型 函数名(参数列表){}
[ 注意：typename 是用来 定义模板参数 的关键字，也可以使用class ( 切记：不能使用struct代替class ) ]

template<typename T>    //**模板 template**    //**typename** 是用来 **定义模板参数 的关键字**
                        //也可以使用**class** ( 切记：不能使用struct代替class )  ]
void Swap( T& left, T& right)
{
 T temp = left;
 left = right;
 right = temp;
}

（三）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，对于字符类型也是如此

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（四）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

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);

 /*
 该语句不能通过编译，因为在编译期间，当编译器看到该实例化时，需要推演其实参类型
 ★通过实参a1将T推演为int，通过实参d1将T推演为double类型，但模板参数列表中只有一个T，★
 编译器无法确定此处到底该将T确定为int 或者 double类型而报错

【 注意：在模板中，编译器一般不会进行类型转换操作，】
因为不知道该转换成哪种类型（推演实例化），一旦转化出问题，编译器就需要背黑锅

 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(a, (int)d);
 return 0;
}

• 用一个模版参数无法推成两个类型
  
  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

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;  //类型不匹配，会进行隐式类型转换

 // 显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型
 Add<int>(a, b);
 return 0;
}

如果类型不匹配，编译器会尝试进行 隐式类型转换

如果无法转换成功编译器将会报错。

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（五）模板参数的匹配原则

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)   //非模板函数
{
 return left + right;
}

// 通用加法函数    //模板函数
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
}

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

// 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
}

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
   
   

★ 总结：

匹配调用原则：

1. 合适匹配的情况下，有现成的吃现成的
   【 编译器就省一次工作 】

2. 有更合适就吃更合适的，哪怕要自己做
   【 要是 普通函数 与 调用的函数类型不同，也没有必要硬吃，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 】
   
   

3. 没有就将就吃
   【 如果没有更匹配， 也可以凑合用（ 通过隐式类型转换 ）】
   
   

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三、类模板

（一）类模板的定义格式

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

// 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 T>    //temple 具有传参的作用
class Vector
{
public :
 Vector(size_t capacity = 10)    //初始化列表
 : _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：类模板中的函数 放在类外进行定义时，需要 加模板参数列表

template <class T>    // 注意：类模板中的函数 放在类外进行定义时，需要 加模板参数列表
Vector<T>::~Vector()  //要说明在类域里
{
 if(_pData)
 delete[] _pData;
 _size = _capacity = 0;
}

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（二）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;

★ Vector 才是类型

// temple具有传参的作用

构造函数的特点：是和类名相同 ，而不是和类型相同

所以Stack()才是构造函数