C++：模板

模板的概念

函数重载是指在相同的函数名下，能够实现不同操作。系统根据参数的类型或参数个数的不同区分这些重载的函数。这样虽然很方便，但是出现了大量的代码冗余。该如何解决这个问题呢？
C++提供了模板。模板时类型参数化的工具。所谓类型参数化就是指把类型定义为参数，当参数实例化时，可以指定不同的数据类型，从而真正实现代码的可重用性。
模板分为函数模板和类模板，他们分别允许用户构造模板函数和模板类。如图：

函数模板与模板函数

当对每种数据类型执行相同的操作时，用函数模板来完成最为简便。只需要定义一次函数模板，根据调用函数时提供的参数类型，编译器会产生相应的目标代码函数，以正确处理每种类型的调用。
声明函数模板的格式为：

template
返回类型 函数名(模板形参表)
{
	函数体
}

例如，输出不同类型数组的元素值可定义为函数模板：

template <class T>
void PrintArrary(T* Array, int count)
{
	for (int i = 0; i < count; i++)
	{
		cout << Array[i] << " ";
	}
	cout << endl;
}
//也可以定义为
template <typename T>
void PrintArrary(T* Array, int count)
{
	for (int i = 0; i < count; i++)
	{
		cout << Array[i] << " ";
	}
	cout << endl;
}

说明：1. T是类型参数，它既可以是系统预定义的数据类型，也可以是用户自定义的类型；
2. 类型参数前需要加关键字class（或typename），这个class并不是类的意思，而是表示任何类型；
3. 在使用模板函数时，关键字class（或typename）后面的类型参数，必须实例化，即采用实际的数据类型；
4. “<>”里面的类型参数可以有一个或者多个类型参数，但多个类型参数之间要用逗号分隔。
例如：函数模板应用：输出不同类型数组的元素值。

#include 
using namespace std;
template <class T>
void PrintArrary(T* Array, int count)
{
	for (int i = 0; i < count; i++)
	{
		cout << Array[i] << " ";
	}
	cout << endl;
}

int main()
{
	int a[5] = { 1,2,3,4,5 };
	double b[7] = { 1.1,2.2,3.3,4.4,5.5,6.6,7.7 };
	char c[6] = "hello";
	PrintArrary(a, 5);
	PrintArrary(b, 7);
	PrintArrary(c, 6);
	return 0;
}

说明：从本程序可以看出，使用函数模板不用单独定义三个函数，从而解决了当采用函数重载技术时所产生的代码冗余问题。
注意：1. 在执行PrintArray函数调用时，根据参数的类型，系统自动在内存中生成一个模板函数（实例化函数），并执行该函数；
5. 函数模板中可以使用多个类型参数，但每个模板形参前必须有关键字class或typename。
6. 在template语句和函数模板定义语句之间不允许有其他语句。
7. 模板函数类似于函数重载，但与函数重载不同。在进行函数重载时，每个函数体内的动作既可以相同也可以不同，但模板函数中的动作必须相同。如下面的函数只能用函数重载，而不能用模板函数。

void Print(char* name)
{
	cout << name << endl;
}
void Print(char* name, int no)
{
	cout << name << no << endl;
}

8. 函数模板中的模板形参T可以实例化为各种类型，但实例化T的各模板实参之间必须保证类型一致，否则将发生错误。
   解决这个问题有两种方法：
   a. 采用强制类型转换。
   b. 定义一个完整的分模板函数重载函数模板。

类模板与模板类

类是对一组对象的公共性质的抽象，而类模板是更高层次的抽象。类模板（类属类或类生成类）允许用户为类定义一种模式，使类中的某些数据成员、成员函数的参数或返回值可以根据需要取任意类型。
类模板的定义格式为:

template
class 类名
{
	//```
};

说明：1. 在每个类模板定义之前，都需要在前面加上模板声明。在使用类模板时，应将它实例化为一个具体的类（模板类），类模板实例化为模板类的格式为：类名<具体类型名>；
2. 模板类可以有多个模板参数；
3. 在类定义体外定义成员函数时，若该成员函数中有类型参数，则需要在函数体外进行模板声明，即在类名和函数名之间加上，格式为：返回类型 类名::成员函数名(参数表)；
4. 类模板不代表一个具体的、实际的类，而是代表一类类。因此在使用时，必须将类模板实例化为一个具体的类，格式为：类名 <实际的类型> 对象名;
例如：用类模板实现栈的基本运算。

#include 
using namespace std;
const int SIZE = 100;
template <class T>
class Stack
{
public:
	Stack();
	void Push(T x);
	T Pop();
private:
	T s[SIZE];
	int top;
};

template<class T>
Stack<T>::Stack()
{
	top = -1;
}

template<class T>
void Stack<T>::Push(T x)
{
	if (top == SIZE - 1)
	{
		cout << "Stack is full" << endl;
		return;
	}
	s[++top] = x;
}

template<class T>
T Stack<T>::Pop()
{
	if (top == -1)
	{
		cout << "Stack underflow" << endl;
		return 0;
	}
	return s[top--];
}

int main()
{
	Stack<int> a;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		a.Push(i);
	}
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		cout << a.Pop() << " ";
	}
	return 0;
}