【C++杂货铺】模板

🌈前言🌈

        欢迎观看本期【C++杂货铺】，本期内容将讲解模板的初阶，即了解模板，熟练掌握模板的使用方法，了解模板的工作原理等内容。

📁 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模板。

        举个例子，当我们想写一个交换函数，把a和b的值互换。

void Swap(int& a, int& b)
{
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

int main()
{
    int a = 10;
    int b = 20;
    Swap(a,b);
    return 0;
}

        上面是int类型的数据交换，那a和b如果是实数类型呢？我们还要重载这个函数，即Swap(float& a,float&b);

        这样是在太麻烦了，C++就提出了一种解决方案，即函数模板。编译器可以自动识别类型。

 📂 格式

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

返回值类型 函数名(参数列表)

{

    ......

}

        还是以Swap函数为例子

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的关键字，也可以使用class。（但不能使用struct代替class）        

 📂 原理

        函数模板是一个蓝图，本身并不是函数，是编译器根据使用方式产生特定类型函数的模具。所以其实模板就是将本来我们应该做的重复的事情交给编译器。

        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。

        这里需要注意的是，生成的函数不是同一个函数。

 📂 实例化

        通过传递实参使用函数模板时，称为函数模板的实例化。实例化分为：隐式实例化 和 显示实例化。        

1. 隐式实例：让编译器根据实参类型自动推演生成特定函数。

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);
	return 0;
}

        此外，如果我们只有一个T，是不能传递两个数据类型不同的对象的，即Swap(a1,d1)是不允许的。在模板中是不会进行类型转换工作的。

        在程序编译阶段，编译器将模板实例化时，需要查看实参类型，来推演生成函数，而d1是double类型，a1是int类型，编译器无法识别T是int还是double类型。就会报编译错误。

        有三种解决方案：1. 强制类型转换，即将Swap(a1,(int)d1) ； 2. 再添加一个T，即template<class T1，class T2> ；3. 使用显示实例化

2. 显示实例化：在参数名后面指定类型

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

         如果类型不一致，编译器会进行隐式类型转换，如果转换不成功，则会报错。

 📂 模板参数的匹配原则

1. 一个非模板函数与模板函数可以同时存在，模板函数还可以实例化成非模板函数。

// 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. 如果非模板函数与模板函数同时存在，在使用条件相同的情况下，先使用非模板函数，而不会通过模板实例化函数。但如果模板能生成一个更好匹配的函数，则会使用函数模板。

// 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，而普通函数啧允许自动类型转换。

📁 类模板

 📂 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
{
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 <class T>
Vector<T>::~Vector()
{
	if (_pData)
		delete[] _pData;
	_size = _capacity = 0;
}

 📂 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<int>才是类型
Vector<int> s1;
Vector<double> s2;

📁 总结

        以上，就是本期【C++Z杂货铺】的内容，初始模板，了解了函数模板和类模板的概念，学习了它们的使用方法。

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