模板初阶学习

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⏳首发时间：2023年11月21日
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参考书籍：《C++ Primer》《C++编程规范》
编程练习：牛客网+力扣网
由于博主目前也是处于一个学习的状态，如有讲的不对的地方，请一定联系我予以改正！！！

1 初识泛型编程

我们之前学过一个交换的Swap函数，可以交换两个变量之间的值！但是我们后续在使用过程中就会发现，如果交换的两个变量的类型改变了，我们就必须要在写过一份！这样代码的复用率就太低了！那么我们在C++中为了解决这种代码复用率较低的问题。引用泛型编程这一概念！

泛型编程：编写一个与类型无关的通用代码！让编译器自己进行识别！这种是代码复用常见的手段！模板就是泛型编程的基础！

模板就可以简单理解为是通用的代码！以Swap函数为例：就是可以根据你传入的数据类型，编译器会生成对应类型的交换函数！模板可以分为：函数模板和类模板

2 函数模板

2.1 概念

函数模板的概念：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！

template<typename T,typename X……>
返回值类型 函数名(参数列表){}

template表示这是一个模板，typename关键字是用来定义模板参数的关键字！也可以使用class关键字。但是不能用struct来代替class关键字！则我们可以写出Swap函数的模板：

template<typename T>

void Swap(T& x,T& y)
{
	T tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}

int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	Swap(a,b);
	char x = '0';
	char y = '9';
	Swap(x, y);
	return 0;
}

2.2 原理

看起来我们使用的是同一份代码，但实际上我们用的不是同一份代码！在编译器编译阶段，编译器会根据传入的实参类型来推演生成我们所需要类型的Swap函数，比如说我们传入的实参是int类型那么此时编译器就会将模板参数换成int，从而调用！

2.3 函数模板的实例化

函数模板的实例化分为隐式实例化和显式实例化

上面我们所写的关于Swap函数，自己传入实参，由编译器自己进行识别推演的，我们称为隐式实例化！下面我们来介绍一下什么是显式实例化：

在函数名后的<>中指定模板参数类型

我们先来看这样一段代码：

template <typename P>
int ADD(P x,P y)
{
	return x + y;
}
int main()
{
	int a = 10;
	double b = 20.0;
	int ret = ADD(a, b);
	return 0;
}

在编译的时候就会出现报错，发现如下问题：
这是因为在调用ADD函数时，编译器不知道是应该把int转换成double，还是把double转换成int！此时我们可以利用模板的显式实例化！

int ret = ADD<int>(a, b);

指明要将double转换成int类型！

2.4 模板参数的匹配原则

1️⃣一个非模板函数可以与一个同名的函数模板可以一起存在，并且该函数模板还是可以实例化生成同名非模板函数

int ADD(int a, int b)
{
	return a + b;
}
template <typename P>
int ADD(P x,P y)
{
	return x + y;
}
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	ADD(a, b);//调用同名的非模板函数
	ADD<int>(10, 20);//编译器会调用特化的模板函数
	return 0;
}

2️⃣如果条件都相同，对于非模板函数与模板函数，会优先调用非模板函数，而不会从模板函数中在生成一个实例出来！如果模板函数能够产生一个更好匹配的函数，那么就会优先调用模板！

int ADD(int a, int b)
{
	return a + b;
}
template <typename P1,typename P2>
int ADD(P1 x, P2 y)
{
	return x + y;
}

int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	double c = 20.0;
	ADD(a, b);//优先调用非模板函数
	ADD(a, c);//优先调用模板函数

	return 0;
}

3️⃣模板函数不支持自动类型转换（隐式的类型转换，比如把double转换成int），普通函数支持自动类型转换！

3 类模板

格式类型：
template
class 类模板名
{
// 类内成员定义
};

之前我们在C语言中学过typedef关键字，我们只需要改变typedef后的数据类型，就可以更改类中所要存储的数据类型，代码如下：

typedef int Date;

class Stack {
private:
	Date* _a;
	int _capacity;
	int _top;
public:
	Stack(int capacity = 10){
		_a = new Date[capacity];
		_capacity = capacity;
		_top = 0;
	}
};

但是，这也是有局限性的，因为如果需要多个栈并且多个栈中的存储的数据类型不一样，我们也要多写几分类似的代码！类模板就可以很好的解决这个问题!

template <class T>
class Stack
{
private:
	T* _a;
	int _capacity;
	int _top;

public:
	Stack(int capacity = 4)
	{
		_a = new T[capacity];
		_top = 0;
		_capacity = capacity;
	}
};

类模板的实现原理和函数模板的原理是一样的，但是类模板是通过显示实例化，而不是让编译器自己进行推演！

int main()
{
	Stack<int> st1;//放int的栈
	Stack<double> st2;//放double的栈
	Stack<char> st3;//放char类型的栈

	return 0;
}

注意：通过类模板实例化的类不是和普通类一样，普通类的类名就是类型，实例化的类就是类名<数据类型>才是类型！
类模板中函数的声明与定义写法如下所示：

template <class T>
class Stack
{
private:
	T* _a;
	int _capacity;
	int _top;

public:
	Stack(int capacity = 4);
};

template <class T>
Stack<T>::Stack(int capacity = 4)//指定类型作用域
{
	_a = new T[capacity];
	_capacity = capacity;
	_top = 0;
}