C++：模板初阶

泛型编程

如何实现一个通用的交换函数呢？

函数重载可以帮助我们完成

void Swap(int& left, int& right)
{int temp = left;left = right;right = temp;
}void Swap(double& left, double& right)
{double temp = left;left = right;right = temp;
}void Swap(char& left, char& right)
{char temp = left;left = right;right = temp;
}......

使用函数重载虽然可以实现，但是有一下几个不好的地方：

1. 重载的函数仅仅是类型不同，代码复用率比较低，只要有新类型出现时，就需要用户自己增加对应的函数
2. 代码的可维护性比较低，一个出错可能所有的重载均出错

那能否告诉编译器一个模子，让编译器根据不同的类型利用该模子来生成代码呢？

如果在C++中，能够存在这样一个模具，通过给这个模具中填充不同类型，来生成具体类型的代码，那将会节省许多头发。巧的是前人早已将树栽好，我们只需在此乘凉。

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。模板是泛型编程的基础。

模板分为函数模板和类模板。

函数模板

概念

函数模板代表了一个函数家族，该函数模板与类型无关，在使用时被参数化，根据实参类型产生函数的特定类型版本。

函数模板格式

template<typename T1, typename T2, … , typename Tn>

返回值类型 函数名(参数列表){}

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

注意：typename是用来定义模板参数关键字，也可以使用class(切记：不能使用struct代替class)

函数模板的原理

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，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。

函数模板的实例化

用不同类型的参数使用函数模板时，成为函数模板的实例化。函数参数实例化划分为隐式实例化和显式实例化。

1. 隐式实例化：让编译器根据实参推演模板参数的实际类型

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{return left + right;
}int main()
{int a1 = 10, a2 = 20;double d1 = 10.0, d2 = 20.0;Add(a1, a2);Add(d1, d2);// Add(a1, d1);/*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通过实参a1将T推演为int，通过实参d1将T推演为double类型，但模板参数列表中只有一个T，编译器无法确定此处到底该将T确定为int 或者 double类型而报错注意：在模板中，编译器一般不会进行类型转换操作，因为一旦转化出问题，编译器就需要背黑锅*/// 此时有两种处理方式：1. 用户自己来强制转化 2. 使用显式实例化Add(a, (int)d);return 0;
}

2. 显式实例化

int main(void)
{int a = 10;double b = 20.0;// 显式实例化Add<int>(a, b);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。

模板参数的匹配原则

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

// 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

模板类

类模板的定义格式

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

// 动态顺序表
// 注意：Vector不是具体的类，是编译器根据被实例化的类型生成具体类的模具
template<class T>
class Vector
{Vector(size_t capacity = 10):_pData(new T[capacity]),_size(0),_capacity(capacity){}// 使用析构函数演示：在类中声明，在类外定义~Vector();//void PushBack(const T& data);//void PopBack();// ...size_t Size(){return _size;}T& operator[](size_t pos){assert(pos < _size);return _pData[pos];}private:T* _pData;size_t _size;size_t _capacity;
};// 注意：类模板中函数放在类外定义时，需要加模板参数列表
template<class T>
Vector<T>::~Vector()
{if(_pData)delete[] _pData;_size = _capacity = 0;
}

类模板实例化

类模板实例化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。

// Vector类名，Vector<int>才是类型
Vector<int> s1;
Vector<double> s2;