【模板初阶】

提示：文章写完后，目录可以自动生成，如何生成可参考右边的帮助文档

文章目录

前言

1. 泛型编程

2. 函数模板

2.1 函数模板概念

2.2 函数模板格式

2.3 函数模板的原理

2.4 函数模板的实例化

2.5 模板参数的匹配原则

3. 类模板

3.1 类模板的定义格式

3.2 类模板的实例化

总结

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前言

世上有两种耀眼的光芒，一种是正在升起的太阳，一种是正在努力学习编程的你!一个爱学编程的人。各位看官，我衷心的希望这篇博客能对你们有所帮助，同时也希望各位看官能对我的文章给与点评，希望我们能够携手共同促进进步，在编程的道路上越走越远！

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提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

1. 泛型编程

如何实现一个通用的交换函数呢？

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，也能够存在这样一个模具，通过给这个模具中填充不同材料(类型)，来获得不同材料的铸件 (即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。

2. 函数模板

2.1 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。

2.2 函数模板格式

template

返回值类型 函数名(参数列表){}

// 模板
// 函数模板
//template//T是类型，typename 和 class 是一样的。
// 编译通过推出类型，用函数模板，生成对应的函数，这个过程叫做模板实例化
template
void Swap(T& x, T& y)
{
	T tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}

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)

2.3 函数模板的原理

那么如何解决上面的问题呢？大家都知道，瓦特改良蒸汽机，人类开始了工业革命，解放了生产力。机器生 产淘汰掉了很多手工产品。本质是什么，重复的工作交给了机器去完成。有人给出了论调：懒人创造世界。

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

// 模板
// 函数模板
//template//T是类型，typename 和 class 是一样的。
// 编译通过推出类型，用函数模板，生成对应的函数，这个过程叫做模板实例化
template
void Swap(T& x, T& y)
{
	T tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}

int main()
{
	int a = 1, b = 2;
	Swap(a, b);

	//std::swap(a, b);
	swap(a, b);

	double d1 = 1.1, d2 = 2.2;
	Swap(d1, d2);

	return 0;
}

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。

2.4 函数模板的实例化

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。

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
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);

    /*
     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
     Add(a1, d1);
    */

    // 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(a1, (int)d1);
	return 0;
}

2. 显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

int main(void)
{
	int a = 10;
	double b = 20.0;
	// 显式实例化
	Add(a, b);
	return 0;
}

3.通用加法函数(看那个类型范围大)

template
T Add(const T& left, const T& right)
{
	return left + right;
}

// 方法三：通用加法函数(看那个类型范围大)
template
T1 Add(T1 left, T2 right)
{
	return left + right;
}

int main()
{
	int a1 = 10, a2 = 20;
	double d1 = 10.1, d2 = 20.2;
	cout << Add(a1, a2) << endl;
	cout << Add(a1, a2) << endl;

	// 存在歧义
	// 推演
  //方法一：强制类型转化
	cout << Add(a1, d2) << endl;
	cout << Add((double)a1, d2) << endl;
	cout << Add(a1, (int)d2) << endl;

	// 方法二：显示实例化
	cout << Add(a1, d2) << endl;
	cout << Add(a1, d2) << endl;

	return 0;
}

2.5 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

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

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

// 通用加法函数(看那个类型范围大)
template
T Add(const T& left, const T& right)
{
	return left + right;
}

int Add(const int& left, const int& right)
{
	return left + right;
}

int main()
{
	int a1 = 10, a2 = 20;
	double d1 = 10.1, d2 = 20.2;
	// 1、有现成，吃现成的 （匹配）
	cout << Add(a1, a2) << endl;

	// 2、有现成的，但是不够匹配，有模板，就会选择自己实例化模板
	cout << Add(d1, d2) << endl;

	// 强制调用模板
	cout << Add(a1, a2) << endl;

	Stack st1;
	Stack st2;

	return 0;
}

3. 类模板

3.1 类模板的定义格式

template
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 Vector
{
public:
	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进行定义时，需要加模板参数列表
template 
Vector::~Vector()
{
	if (_pData)
	    delete[] _pData;
	_size = _capacity = 0;
}

3.2 类模板的实例化

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

// Vector类名，Vector才是类型
Vector s1;
Vector s2;

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总结

好了，本篇博客到这里就结束了，如果有更好的观点，请及时留言，我会认真观看并学习。
不积硅步，无以至千里；不积小流，无以成江海。