C++从入门到精通---模版

泛型编程

泛型编程是一种编程范式，旨在实现通用性和灵活性。它允许在编写代码时使用参数化类型，而不是具体的类型，从而使代码更加灵活和可重用。
在泛型编程中，代码可以被编写为与特定类型无关的形式，而是被设计成适用于多种类型。这使得同一段代码可以用于处理各种不同类型的数据，而无需为每种类型编写单独的代码。

举例：

在C语言中我们要交换两个数我们需要写一个swap函数，但是如果我们需要交换多个不同类型的数那就要写多个swap函数，那么这样大大降低了我们编程的效率，所以在C++中我们引入了泛型编程的概念，不管是函数还是类，我们都可以用一个模版来定义，我们需要用什么类型的参数直接替换就可以了，这样大大增加了我们编程的效率。

比如上面这张图，就是一个磨具，他为我们定好了形状，但是我们需要什么口味，需要什么食材都是我们自己定的，这就是模版。

函数模版

函数模板（Function Template）是C++中的一种机制，允许你编写通用的函数，能够处理多种不同类型的数据，而不需要针对每种类型写不同的函数。函数模板使用了泛型编程的思想，使得代码更加灵活和可重用。

举例：

template<typename T>
void Swap( T& left, T& right)
{T temp = left;left = right;right = temp;
}

上面代码就是一个函数模版，一个函数家族，我们可以指定任意类型进行交换，但是我们不能用一个int类型和一个char类型进行交换，因为当我们用一个int类型和一个char类型交换时，编译器不知道T到底是改成char还是改成int，所以这种情况下我们可以利用模版的显示实例化
举例：

template<class T>
T Add(T a, T b)
{return a + b;
}
int main(void)
{int a = 10;double b = 20.0;// 显式实例化Add<int>(a, b);return 0;
}

既然模版有显示实例化必定就有隐式实例化，下面我们来看看隐式实例化
举例：

template<class T>
T Add(T a, T b)
{return a + b;
}
int main(void)
{int a1 = 10, a2 = 20;double d1 = 10.0, d2 = 20.0;Add(a1, a2);Add(d1, d2);return 0;
}

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

#include<iostream>
using namespace std;
template<class T>
T add(T a, T b)
{return a + b;
}
int add(int a, int b)
{return a + b;
}int main()
{int a, b;cin >> a >> b;int sum = add(a, b);return 0;
}

从下面结果看，可以看见当模版存在时，非模版最匹配时，编译器会优先匹配非模版的函数

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

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
}; 

类模版的实例化

我们先定义一个类：

template<class T>
class list
{
public:
private:T* _a;int _size;int _cpacity;
};

我们来进行类的实例化

int main()
{list<int> l1;list<char> l2;return 0;
}

总结

当模板被介绍到C++中时，它们彻底改变了编程的方式。函数模板和类模板为我们提供了一种通用的方法来编写代码，使得我们可以编写更加灵活、可重用的程序。通过使用模板，我们可以编写与特定类型无关的代码，从而提高了代码的灵活性和可维护性。函数模板允许我们编写可以处理多种类型的函数，而类模板则允许我们创建可以处理多种类型数据的类。在编写模板时，我们可以利用C++的强大类型系统来确保类型安全，并通过模板参数推断简化代码。总的来说，函数模板和类模板为我们提供了一种强大的工具，使得我们能够更加轻松地编写通用、高效的代码。