【C++】模板template

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认识模板

模板是C++中泛型编程的基础，一个模板就是一个创建类或者函数的蓝图或者说是公式。

当使用一个vector这样的泛型类型时，或者find这样的泛型函数时，我们提供足够的信息，将蓝图转化成类或者函数。这种转化发生在编译时。

function template函数模板

比如我们想写一个swap函数来交换两个数的值，在C++中我们可以用函数重载来重载多个函数来实现对不同类型的交换。比如我们要交换int 和 double类型，那么仅仅重载一个 swap(int& x ,int& y)是不够的。还需要重载一个swap(double& x,double& y) 函数。 但如果我还想交换其他的类型，也要写出其他类型对应的函数重载。这样就显得十分麻烦。所以这时候我们就可以function template(函数模板) 来减少我们需要写的代码。

template<class T> //定义函数模板
void Swap(T& x, T& y) //T是模板参数,也就是你传入的参数
{T tmp = x;x = y; y = tmp;
}
int main()
{int i1 = 5, i2 = 10;double d1 = 5.5, d2 = 10.5;string str1 = "hello", str2 = "world";cout << "交换前：" << endl;cout << "i1 : " << i1 << " , i2 :" << i2 << endl;cout << "d1 : " << d1 << " , d2 :" << d2 << endl;cout << "str1 : " << str1 << " , str2 :" << str2 << endl;Swap(i1, i2);Swap(d1, d2);Swap(str1, str2);cout << "交换后：" << endl;cout << "i1 : " << i1 << " , i2 :" << i2 << endl;cout << "d1 : " << d1 << " , d2 :" << d2 << endl;cout << "str1 : " << str1 << " , str2 :" << str2 << endl;return 0;
}

代码运行结果：

我们写了一份代码，就可以交换所有类型，而不用频繁的去自己写函数重载。

class类模板

类模板是用来生成类的蓝图，与函数模板不同的是，编译器不能为类模板推断模板参数类型。为了使用类模板，我们必须在类名后面加<>中提供额外信息。

template <class T>
class Node
{
public:void fun(){cout << "T* : " << typeid(next).name() << endl;cout << "T : " << typeid(val).name() << endl;}
private:T* next;T val;
};int main()
{Node<int> ni;ni.fun();cout << endl;Node<double> nd;nd.fun();cout << endl;Node<char> nc;nc.fun();return 0;
}

运行结果：

此时我们就可以发现，你<>中传什么类型进去，那么你类中的T就是什么类型。这就大大的方便了我们的编码，如果没有模板，那么每个类型都要安插一个这样的类出来，是非常麻烦的。

模板特化

如果你想对不同的模板参数，做不同的处理，那么此时你可以用模板指定类型。比如你有一个正常的模板，但是当模板参数为double时想做一下特殊处理，那么我们可以再定义一个类型模板的类。这样再生成模板时会优先生成最匹配的那一项

//普通模板
template<class T>
class A
{
public:A(){cout << "T()" << endl; }
};//特化
template<>
class A<double>
{
public:A(){cout << "double()" << endl;}
};int main()
{A<int> ai;A<char> ac;A<double>ad;return 0;
}

我们来看看它们会调用哪些构造函数。

我们发现，当在其他模板参数类型时会调用T()，但是当模板参数为double时，调用的是double()。 这也就意味着当模板参数为double时，那么会优先选择最匹配的。这种行为被称为特化。

半特化(偏特化)

当你要传入的模板参数，一半需要自动推导，一半又需要自己定义时，可以使用半特化。

template<class T1,class T2>
class A
{
public:A(){cout << "A<T1,T2>" << endl; }
};template<class T1>
class A<T1,char>
{
public:A(){cout << "A<T1,char>" << endl;}
};int main()
{A<int,int> a1;A<double,char> a2;A<char,char>a3;return 0;
}

运行结果：

我们发现，只要一个模板参数对应，那么就会优先选择对应的那个。

模板原理

模板的原理其实就是根据你所传的模板参数，又给你自动生成了一个类。而这个过程在编译时发生。就比如如下这个代码。

template<class T1,class T2>
class A
{
public:T1 a;T2 b;
};int main()
{A<int,int> a1;A<double,char> a2;A<char,char>a3;return 0;
}

它在编译后实际上是这样的

class A
{
public:int a;int b;
};class A
{
public:double a;char b;
};class A
{
public:char a;char b;
};

会生成三个A类。分别对应的模板参数

A<int,int> a1;
A<double,char> a2;
A<char,char>a3;

当然，我们在编码的时候是无法用相同的类名的。但在编译时，会有类似于函数重载的机制(个人猜测)生成出多个类。

所以，函数模板的本质就是方便你编码。等编译时再为你自动生成你当初传入的模板参数时对应的类。也就是说，虽然表面上你写的代码减少了，但本质上需要的代码并没有减少。只是在编译时为你自动生成了。