初识C++|模板初阶

🍬 mooridy-CSDN博客

🧁C++专栏（更新中！）

[🍉1. 泛型编程](#🍉1. 泛型编程)

[🍉2. 函数模板](#🍉2. 函数模板)

[🥝2.1 函数模板概念](#🥝2.1 函数模板概念)

[🥝2.2 函数模板格式](#🥝2.2 函数模板格式)

[🥝2.3 函数模板的原理](#🥝2.3 函数模板的原理)

[🥝2.4 函数模板的实例化](#🥝2.4 函数模板的实例化)

[🥝2.5 模板参数的匹配原则](#🥝2.5 模板参数的匹配原则)

[🍉3. 类模板](#🍉3. 类模板)

[🥝3.1 类模板的定义格式](#🥝3.1 类模板的定义格式)

[🥝3.2 类模板的实例化](#🥝3.2 类模板的实例化)

🍉1. 泛型编程

如何实现一个通用的交换函数呢？
方法一：函数重载

cpp 复制代码

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
那么能否给编译器提供一个模板，让编译器根据不同的类型利用改模板来生成代码呢？
这其实就是泛型编程。

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。而模板是泛型编程的基础。
模板可以分为函数模板和类模板。

🍉2. 函数模板

🥝2.1 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。

🥝2.2 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){}
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>
using namespace std;


//typename也可以使用class,但不能用struct

template<typename T>
void Swap(T& a, T& b) {
	T tmp = a;
	a = b;
	b = tmp;
}


int main() {
	int a = 1;
	int b = 3;
	cout << a << " " << b << endl;
	Swap(a, b);
	cout << a << " " << b << endl;
	
	return 0;

}

🥝2.3 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。

🥝2.4 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。

隐式实例化：让编译器根据实参推演模板参数的实际类型

cpp 复制代码

#include <iostream>
using namespace std;
template<typename T>
T Add(T& a, T& b) {
	return a + b;
}


int main() {
	int a = 1;
	int b = 3;
	cout << Add(a,b)<< endl;
	double aa = 1.1;
	double bb = 3.0;
	cout << Add(aa,bb) << endl;
	
	return 0;

}

思考：这个语句是否能通过？

cpp 复制代码

Add(a, bb);//a-int,b-double

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。

解决方案

用户自己来强制转化

cpp 复制代码

Add(a, (int)bb);

2.使用显式实例化

显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

注：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。

cpp 复制代码

Add<int>(a, b);

🥝2.5 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。

cpp 复制代码

// 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
}

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。

cpp 复制代码

// 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
所以当一个匹配既没有非模板函数，也没有函数模板可以匹配到的时候，会 尝试通过自动类型转换调用到非模板函数（前提是可以转换为非模板函数的参数类型）

🍉3. 类模板

🥝3.1 类模板的定义格式

cpp 复制代码

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

实例：

cpp 复制代码

template <typename T>
class stack {
public:
	stack(int capacity=4){
		_arr = new T[capacity];
		_capacity = capacity;
		_top = 0;
	}

	~stack(){
			delete[] _arr;
			cout << "~Stack()" << endl;
			_capacity = 0;
			_top = 0;
	}
	/*注意：Push的传参不能传值，因为存储的类型不一样，如果是自定义类型，
	还可能会考虑深拷贝的问题，最好传引用，引用实体不改变就加const。*/
	void push(const T& data) {
		_arr[_top] = data;
		++_top;
	}
private:
	T* _arr;
	int _capacity;
	int _top;
};

🥝3.2 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。

cpp 复制代码

int main() {
	stack<int> st1;
	stack<double> st2;
	
	return 0;
}