C/C++ C/C++ 入门（6）模板初阶

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专题分栏：C++

多多指教！

一、泛型编程

在之前，我们进行编程的时候，总是针对于某一个具体的问题。就比如说，如何实现一个int类型的swap函数呢？大家肯定会写。但是，如果让实现其他类型的swap函数呢？我们就只能是自己一个一个的实现。

但是，这篇文章，会告诉你另一种方式来解决类似的问题。

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。

模板可以分为两类：函数模板和类模板。

二、函数模板

1、格式

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)

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <cstdio>
using namespace std;

template<class T>
void Swap(T& x, T& y)
{
	T t = x;
	x = y;
	y = t;
}
int main()
{
	int a1 = 5, a2 = 6;
	printf("a1: %d, a2: %d\n", a1, a2);
	Swap(a1, a2);
	printf("a1: %d, a2: %d\n", a1, a2);
	double a3 = 5.0, a4 = 6.0;
	printf("a3: %lf, a4: %lf\n", a3, a4);
	Swap(a3, a4);
	printf("a3: %lf, a4: %lf\n", a3, a4);

	return 0;
}

2、函数模板原理

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。

3、函数模板的实例化

用不同类型的参数使用库函数模板时，成为函数模板的实例化。

1、隐式实例化

让编译器根据实参进行推演模板参数的实际类型。

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <cstdio>
using namespace std;

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

2、显式实例化

自己定义要实例化的类型。

cpp 复制代码

int main()
{
    int a = 10;
    double b = 20.0;

    // 显式实例化
    // 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
    Add<int>(a, b);
    
    return 0;
}

4、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模板函数同时存在，而且该函数模板还可以被实例化为这个非模板函数。

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <cstdio>
using namespace std;

template<class T>
T Add(const T& a,const T& b)
{
	cout << "T Add(const T& a,const T& b)" << endl;
	return a + b;
}
int Add(const int& a, const int& b)
{
	cout << "int Add(const int& a, const int& b)" << endl;
	return a + b;
}

int main()
{
	int a = 5, b = 6;
	cout << Add(a , b) << endl;
	cout << Add<int>(a, b) << endl;
}

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。

三、类模板

1、格式

cpp 复制代码

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

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

cpp 复制代码

// 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;
}

int main()
{
	return 0;
}

2、类模板实例化

类模板必须显式实例化。

类模板名字不是真正的类，而实例化的结果才是真正的类。

谢谢大家！