C++ 中的模板函数简介

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前言

这一章主要讲模板函数和泛型的定义，主要用法和作用，简单写了一下和普通函数的异同。
本文主要为学习心得笔记，如有纰漏，欢迎指正

一、函数模板（模板函数）是什么，有什么用，怎么用？

当你写了一个交换函数，交换传入参数的值，例如：

void mySwap(int &a, int &b)
{
	int temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

你会发现两个问题：

• 这个函数只适用与该指定数据类型的运算。
• 无论是重新实现函数，或者重载函数，或者重载运算符，都需要大量的重复代码，且不易维护。
  比如你要实现double类型的比较，就需要重新使用double类型来重新实现一遍这个函数，很不方便。
  函数模板的作用：
• 将数据类型抽象化<泛型>，可以传入多种不同的数据类型，并实现逻辑运算，提高代码的复用性。

声明和定义：

//声明创建模板 
//函数返回值 函数名(参数列表) { 函数主体 }

template<typename T>
void func()
{ // 代码块}

//或：
template<class T>
void func()
{ // 代码块}

• 上面的代码中，大写字母 T 指代了一个数据类型，这个数据类型需要手动来指定，这个数据也被称为泛型。

函数模板的调用方式

1. 自动类型推导，可以直接传入指定参数，编译器会自动识别
2. 指定数据类型调用，编译器会根据你给出的类型引用（或强制类型转换）

	//第一种方式：
	函数名(参数列表);

	//第二种方式：
	函数名<指定数据类型>(参数列表);

• 在下面重新给交换函数做模板函数实现，这个时候就可以传入其他类型的数据了：

template<typename T>
void mySwap(T &a, T &b)
{
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

void test1()
{
	long a = 10;
	long b = 20;
	//两种方式使用函数模板
	//第一种方式：
	mySwap(a, b);

	//第二种方式：
	//mySwap(a, b);

	cout << "a = " << a << endl
		<< "b = " << b << endl;
}

注意：

1. 自动类型推导，必须导出一致的数据类型
   上面的例字中，如果使用自动类型推导方式传参，是无法进行隐式类型转换的；如果传入参数不一致，则需要在调用时强制类型转换，或者使用指定数据类型的方式进行调用。
2. 模板必须要有确定（推导）出的数据类型，才可以使用
   当你写了一个模板函数，但函数体内不含有任何泛型时，调用也必须指定泛型，否则就会报错，如下：

template<typename T>
void print()
{
	cout << "打印函数" << endl;
}

void test2()
{
	print<int>();	//如果模板函数无法判断泛型类型，则必须写上类型
}

二、模板函数与普通函数的异同

1.关于隐式类型转换：

• 普通函数调用时可以发生隐式类型转换；
• 函数模板在调用时，只有通过指定数据类型的方式调用才能进行隐式类型转换
• 使用自动类型推导的方式调用无法发生隐式类型转换

template<typename T>
void myPrint(T a, T b)	//不要传引用
{
	cout << a << endl;
	cout << b << endl;
}

void test1()
{
	int a = 10;
	char b = 'a';
	// 这样写是错误的，编译器无法确定转化的数据类型
	//mySwap(a, b);

	// 这种写法可以使两个变量发生隐式类型转换
	myPrint<int>(a, b);
}

注：

• 如需使用隐式类型转换，则不能传入地址（引用），不论任何函数都是一样的。

2.关于重载和调用优先级

1. 函数模板可以重载
2. 如果函数模板和普通函数都可以调用，则优先调用普通函数
3. 如果函数模板可以产生更好的匹配，则优先调用函数模板（优先调用不需要类型转化的）
4. 可以通过空模板参数列表，强制调用函数模板

void myPrint(int a, int b)
{
	cout << "普通函数" << endl;
}

template<typename T>
void myPrint(T a, T b)
{
	cout << "模板函数" << endl;
}

template<typename T>
void myPrint(T a, T b, T c)
{
	cout << "重载模板函数" << endl;
}

void test3()
{
	int a = 1;
	int b = 1; 
	
	// 优先调用普通函数
	myPrint(a, b);			//	=> 普通函数

	//强制调用模板函数，写不写数据类型都可以
	myPrint<int>(a, b);		//	=> 模板函数
	myPrint<>(a, b);		//	=> 模板函数

	//重载
	myPrint(a, b, 10);		//	=> 重载模板函数

	//发生更好的匹配时，优先调用不需要类型转化的
	myPrint('a', 'b');		//	=> 模板函数
}

注：

• 如果提供函数模板，则最好不要提供普通函数重载，否则容易出现二义性

三、关于可能的问题和局限性

1.问题

例：当你想实现两个数值的交换，但是传进来一个数组（各种不符合这个函数功能的数据）；
这个时候用原有的方式无法对这种情况做处理，很容易出问题。

2.解决方式：

• 使用具体化的方式做特殊实现，使用具体化的模板，解决自定义类型的通用化。（类似重载，但不是重载）

class Person
{
public:
	string name;
	int age;
	Person(string name, int age)
	{
		this->name = name;
		this->age = age;
	}
};

//模板函数
template<typename T>
bool myCmp(T& a, T& b)
{
	return a == b;
}

//Person版本具体化实现
template<>
bool myCmp(Person& a, Person& b)
{
	return (a.name == b.name && a.age == b.age);
}

void test4()
{
	Person p1("gzy", 10);
	Person p2(p1);
	Person p3(p1);
	p3.name = "张利伟";
	cout << (myCmp(p1, p2) ? "相等" : "不相等") << endl;	// => 相等
	cout << (myCmp(p1, p3) ? "相等" : "不相等") << endl;	// => 不相等
}

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总结

函数模板的学习一个目的是学习模板的使用编写，更大的作用是理解stl库的容器使用，为后面的学习做铺垫。