C/C++模版初阶

我们今天又见面了，给生活加点<font color==red>impetus！！开启今天的编程之路！！

类和对象一大难点终于跨过了，然我们进入模版初阶
作者：٩( ‘ω’ )و260
我的专栏：C++初阶，数据结构初阶，题海探骊，c语言
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C/C++模版初阶

泛型编程

在c语言阶段，我们会这样来实现一个交换函数：

虽然我们能够利用函数重载分别写出各种类型对应的交换函数，那么这样会有哪几个不好的地方呢？

1：重载的函数仅仅是类型不同，代码的复用率较低，只有有新类型出现时，就需要增加对应的函数
2：可维护性较低，一个出错可能所有重载函数都出错，而且代码十分冗余。

那我们能够告诉编译器一个模版，恩能够让编译器自己来生成对应的函数呢？
接下来我们介绍泛型编程，编写与类型无关的通用代码，是代码复用的一种手段：
而模版又可以分为两种：

函数模版

函数模版概念

概念：函数模版代表了一个函数家族，该函数模版与类型无关，在使用的时候被初始化，根据实参产生函数的特定类型版本。

函数模版格式

template<typename T1,typename T2…typename Tn>
返回值类型 函数名（参数列表）{}

typename是用来定义模版参数的关键字，这里我们也可以使用class，但是不能使用struct：

template<class T1,class T2…class Tn>

接下来我们就可以改正上面的代码：

void Swap(const T& a, const T& b)
{T tmep=a;a=b;b=temp;
}

需要注意：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函数模版才会起作用。

如下图：

函数模版的原理

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(其实在预处理阶段就已经转换好了,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。

需要提一嘴：函数模版不要通过返回值去推，只能通过传递的参数去推导。

函数模版的实例化

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。
隐式实例化：

通过传递参数的数据类型，编译器就能够将T给推导出来。
通过1将T推演为int，通过1.1将T推演为double类型，但是其实还是会有弊端：

结论：在模版中，编译器一般不会进行类型转换的操作，因为害怕转换错了，因为编译器不知道是转int还是转double。

这种问题有两种解决方式：
1：用户自己来强制类型转换
2：显示实例化

	Swap(1,(int)1.1);//改为这个就不会报错了！！

显示实例化：在函数名后添加<>并在其中指定模版参数的实际类型
形如：

int main()
{Swap(1, 1);Swap(1.1, 2.2);Swap<int>(1,1.1);//显示实例化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。
那么这里我想问一下，这里到底调用的是模版函数对应的函数呢？
来看调试结果：

这也论证了观点，编译器会将模版转换成对应的函数，其实调用的是对应的函数，而非模版。
因为模版是不会进入编译的，不会生成二进制指令。

模版参数的匹配原则

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)
{return left + right;
}
// 通用加法函数
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); // 调用编译器转化的Add版本
}

其实编译器跟我们一样，编译器也是懒的，如果已经有现成的函数，如果用户不显示实例化的话，编译器就会使用现有函数，而非利用模版去创造函数。

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

这个指的是使用模板函数的时候传递什么类型模板的类型就是什么，不会改变但是普通函数比如一个func(string str)我们可以传递一个字符数组去隐式类型转换成string 给func使用（这里的string是一个类）。

类模版

类模版的定义格式

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

template<typename T>
class Stack
{
public:Stack(size_t capacity = 4){_array = new T[capacity];_capacity = capacity;_size = 0;}void Push(const T& data);
private:T* _array;size_t _capacity;size_t _size;
};
//声明函数的时候也需要声明模版
template<class T>
void Stack<T>::Push(const T& data)
{// 扩容_array[_size] = data;++_size;
}
int main()
{Stack<int> st1; // intStack<double> st2; // doublereturn 0;
}

注意：模版不建议声明和定义分离到两个文件.h 和.cpp会出现链接错误，这个后面我们会细讲。
在类模版中，我们只能显示实例化，因为类不调用成员函数的话传不了参数，所以类名<内置类型参数数据类型>这个代表一个类，此时类中的模版会被替换为定义的参数数据类型

也许在这里你有一个疑问，在数据结构初阶的时候，我们不是用typedef int STDataType的吗，我们为什么还要用类模版呢？typedef确实有效果，但是如果我们要定义两个栈，一个存储int，一个存储double，那么typedef就不行了，因为使用typedef的话栈中的数据会同时改变，所以只能用模版，可以实例化Stack存储int类型的数据，Stack存储double类型的数据

类模版的实例化

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。
举一个例子：

// Stack是类名，
// Stack<int>才是类型
Stack<int> st1; // int
Stack<double> st2; // double

结语

感谢大家阅读我的博客，不足之处欢迎大家之处，感谢大家支持！！
问池哪得清如许，为有源头活水来！！希望我们都能够保持思考的习惯！！加油！！