【C++】初阶模板

泛型编程

如何实现一个通用的交换函数呢？

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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：

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。
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

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、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) { ........ }

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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)

3、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。

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++

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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);
/*
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(a, (int)d);
    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++

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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。

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。++

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// 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。++

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// 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 
}

++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。++

类模板

1、类模板的定义格式

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

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// 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;
}

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。++

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