[c++]模板

目录

泛型编程

函数模板

函数模板概念

函数模板格式

函数模板原理

函数模板实例化

模板参数的匹配原则

类模板

类模板的定义格式

类模板实例化

泛型编程

我们之前写的交换函数swap，是不是基本都是int类型的交换，如果是double类型的话，我们就要再写一个不同类型的函数，去实现函数重载，那对于我们来说，有没有什么便携的，通用的方法呢？

我们往下看

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。 

函数模板

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

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；

}

 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;

}

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

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,编译器能不用模板就不用模板，可以减少实例化的次数。

// 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 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 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（强制类型转换和隐式类型转换）

类模板

类模板的定义格式

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

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)

{}

~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;

}

一般不建议在类外定义，有时会报错，在类里面定义是最好的。

类模板实例化

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 <int> s1;

Vector<double> s2;

模板的知识点就先到这里吧，浅浅讲一下，后面还会有学习的知识会再写出来分享的！那么，加油啦少年！