为什么需要模板

相信写过java的童鞋们都知道泛型编程，在C++中与之对应的就是模板。

模板是一种对类型进行参数化的工具，通常有两种形式：函数模板和类模板。

模板是一些为多种类型而编写的函数和类，而且这些类型都没有指定。当使用模板的时候，你只需要把所希望的类型作为一个（显式或者隐式的）实参传递给模板。另外，由于模板是语言本身所具有的特性，所以它完全支持类型检查和作用域。使用模板的目的就是能够让程序员编写与类型无关的代码，尽可能地减少重复代码。

众所周知，C++是一门强类型的静态语言。在声明变量、函数和大多数其他类型的实体的时候，C++要求我们使用指定的类型。然而，对于许多代码，除了类型不同之外，其余的代码看起来都是相同的。例如我们需要实现一个交换两个变量的函数，为了通用性，这个交换变量的函数不能固定两个变量的类型，这就使得模版横空出世。。。

在C++标准库中，几乎所有的代码都是模板代码，可以说没有C++模板就没有STL。

模板函数

首先我们看下函数模板的格式：

arduino 复制代码

template <typename 形参名，typename 形参名，......> 
返回类型 函数名(参数列表)
{
    函数体
}

或者使用class关键字也可：

arduino 复制代码

template <class 形参名，class 形参名，......>  
返回类型 函数名(参数列表)
{
    函数体
}

为什么会有两种不同的格式呢？这是因为鉴于历史的原因，你可能还会使用class取代typename，来定义类型参数。在C++语言的演化过程中，关键字typename的出现相对较晚一些；在它之前，关键字class是引入类型参数的唯一方式，并一直作为有效方式保留下来。但是更加标准的格式是使用typename关键字。

例如我们使用模板定义了返回较大值的模板函数：

arduino 复制代码

template <typename T>
const T& max_fun(const T& a,const T& b){
    return a >= b? a:b;
}

下面我们调用一下我们定义的模板函数max_fun:

arduino 复制代码

int main(int argc, char* argv[]) {
    // 都是int类型 ok
    int max = max_fun(10,10);
    // 都是double类型 ok
    int max = max_fun(10,10);
    // 一个int类型，一个double类型 编译不通过
    int max = max_fun(10,11.0);
    std::cout << "max:" << max << std::endl;
    return 0;
}

在上面的例子中我们发现函数max_fun(10,11.0)报错了，无法编译通过，这是为什么呢？因为我们定义的模板函数max_fun只有一个参数类型，但是max_fun(10,11.0)却传了两个不同的参数类型，二载函数模板中是不允许进行自动类型转换的，因此报错，有两种方式可以解决这个报错：

一是对实参进行强制类型转换，使它们可以互相匹配：

scss 复制代码

max_fun(10,static_cast<int>(11.0));

二是显式指定（或者限定）T的类型：

arduino 复制代码

max_fun<int>(10,11.0);

重点：在函数模板实参演绎的过程中，是不允许进行自动类型转换的。

重载函数模板

模板函数在使用时编译器回自动实现实例化，只要使用函数模板，（编译器）会自动地引发这样一个实例化过程，因此程序员并不需要额外地请求模板的实例化。

和普通函数一样，函数模板也可以被重载。就是说，相同的函数名称可以根据不同的函数参数具有不同的函数定义；于是，当使用函数名称进行函数调用的时候，C++编译器必须决定究竟要调用哪个候选函数。

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。对于非模板函数和同名的函数模板，如果其他条件都是相同的话，那么在调用的时候，重载解析过程通常会调用非模板函数，而不会从该模板产生出一个实例。

下面我们通过一个小例子来了解下重载函数模板：

c 复制代码

#include <iostream>
#include <memory>

template <typename T>
const T& max_fun(const T& a,const T& b){
std::cout << "模板类型max_fun:"<< std::endl;
return a >= b? a:b;
}

const int& max_fun(const int& a,const int& b){
std::cout << "int 类型max_fun:"<< std::endl;
return a >= b? a:b;
}

int main(int argc, char* argv[]) {
// 都是double类型 匹配到模板函数max_fun
//    int max = max_fun(10.0,11.0);
// 都是int类型 匹配到 普通函数max_fun
//    int max = max_fun(10,10);
// 一个char类型，一个double类型 匹配到普通函数max_fun
int max = max_fun('a',11.0);
std::cout << "max:" << max << std::endl;
return 0;
}

在上面的例子main函数中我们多次调用了函数max_fun，那么怎么区分是调用了模板函数max_fun还是调用了重载的普通函数max_fun呢？

有一条规则是这样的：

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。对于非模板函数和同名的函数模板，如果其他条件都是相同的话，那么在调用的时候，重载解析过程通常会调用非模板函数，而不会从该模板产生出一个实例。

因此在上面的例子中我们可以很容易地看出第17行调用的是模板函数max_fun，因为没有参数是double类型的max_fun被重载。但在第19行因为有一个参数是int类型的重载函数max_fun，因此这一行调用的是普通重载函数max_fun。

那么在第21行也是调用了int类型的重载函数max_fun，这是为什么呢？

这是因为模板是不允许自动类型转化的，但普通函数可以进行自动类型转换，所以第21行调用的是int类型的重载函数max_fun（'a'和11.0都被转化为int）。

函数重载应该牢记一条首要规则：函数的所有重载版本的声明都应该位于该函数被调用的位置之前。

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