C++ 模板初级

引入

在讲函数模板之前就要先讲讲函数重载了

#include <iostream>
using namespace std;

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

double add(double a, double b) {
    return a + b;
}

int main() {
    cout << add(2, 3) << endl;     
    cout << add(2.5, 3.7) << endl; 
    return 0;
}

在上面代码我们可以知道除了内置类型不同其他的功能都是一样的，那既然重要功能都一样那我们能不能让它们合二为一，这样就可以处理多种数据类型的情况了，在C++中就可以使用函数模板来解决此类问题

一函数模板：

概念：

函数模板允许我们编写与类型无关的函数。这样我们就可以在一次编写中处理不同的数据类型，而不必重复编写相同的代码。函数模板使用template关键字定义。

代码示例：

#include <iostream>
using namespace std;

template <class T> //也可以 <typename T>
T add(T a , T b)
{
    return a + b;
}

int main() {
    cout << add(2, 3) << endl;
    cout << add(2.5, 3.7) << endl; 
    return 0;
}

这时我们是不是心里面有个疑问，为什么T知道我是什么数据类型，那下面请跟我详细分析

当编译器遇到模板函数的定义时编译器只记录模板的定义，并不会立即生成代码。编译器遇到函数调用add(2, 3)：它推断参数2和3是int类型，所以推断模板参数T为int。用int替换T，生成具体函数int add(int a, int b)。在这过程中虽然我们通过代码看到的依然时T但是内部已经全部换成了int类型了，所以说到底还是编译器承受的太多了。

还有一个疑惑就是我又调用了一个double那不是有两个类型了但是上面接收函数只有一个，编译器不会搞混吗？

编译器在编译过程中会生成两个具体的函数，一个用于int类型，一个用于double类型：

例

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

double add(double a, double b) {
    return a + b;
}

因此，编译器会生成两个不同的函数实例，不会有混淆。

总结：

通过模板，我们可以编写更简洁、复用性更高的代码，而编译器会根据具体使用的类型生成对应的函数，不会混淆不同的类型。

模板实例化：

隐式实例化：

隐式实例化是指编译器根据实参推断模板参数的类型，然后实例化模板函数。

代码示例：

template <typename 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);  // T 被推断为 int，实例化为 int Add(const int&, const int&)
    Add(d1, d2);
    return 0;
}

显示实例化：

显式实例化是指在调用模板函数时明确指定模板参数的类型。

代码示例：

#include <iostream>
using namespace std;

template <class T> //也可以 <typename T>
T add(T a , T b)
{
    return a + b;
}

int main() {
    cout << add<int>(2, 3) << endl;
    cout << add<boudle>(2.5, 3.7) << endl; 
    return 0;
}

总结：

显式实例化：明确指定类型，适用于需要确定类型或编译器无法正确推断类型的情况。
隐式实例化：代码更简洁，适用于编译器能够正确推断类型的情况。

非模板函数与函数模板：

当函数模板跟非函数模板在一起时，那咋们该怎么样调用呢？

完全匹配的非模板函数：编译器首先会查找非模板函数，如果找到与参数完全匹配的非模板函数，就会优先选择它。
匹配的模板函数：如果没有找到完全匹配的非模板函数，编译器会尝试使用模板函数进行匹配。模板函数的匹配过程包括模板参数推断和模板实例化。

代码示例：

#include <iostream>
using namespace std;

// 专门处理 int 类型的加法函数
int Add(int left, int right) {
    return left + right;
}

// 处理 double 类型的加法函数
double Add(double left, double right) {
    return left + right;
}

// 通用加法函数模板
template <typename T1, typename T2>
auto Add(T1 left, T2 right) -> decltype(left + right) {
    return left + right;
}

void Test() {
    cout << Add(1, 2) << endl;          // 调用非模板函数 Add(int, int)
    cout << Add(2.5, 3.5) << endl;      // 调用非模板函数 Add(double, double)
    cout << Add(1, 2.0) << endl;        // 调用模板函数 Add<int, double>(int, double)
}

int main() {
    Test();
    return 0;
}

总结

非模板函数优先：如果有一个非模板函数的参数类型完全匹配，编译器会优先选择它。
模板函数其次：如果没有找到完全匹配的非模板函数，编译器会尝试使用模板函数进行匹配，并实例化一个具体的函数。
模板的灵活性：模板函数可以接受不同类型的参数，并生成对应的具体函数，提供了更大的灵活性。

二类模板：

概念：

类模板是C++中的一种机制，用于创建通用类，允许类的成员使用不特定的数据类型。类模板可以使代码更加通用和可重用，避免为每种数据类型编写重复的代码。

定义：

template <typename T>
class Box {
public:
    Box(T value) : _value(value) {}
private:
    T _value;
};
int main() {
    Box<int> intBox(123);           // 实例化 Box，T 为 int
    Box<double> doubleBox(45.67);
}

那在类模板中可不可以隐式实例化呢？

对于类模板，编译器不能自动推断模板参数的类型，必须显式指定。而对于函数模板，编译器确实可以根据传递的参数自动推断模板参数的类型。

对于类模板我们先讲这些到后面咋们慢慢补上

引入

一 函数模板：

概念：

总结：

模板实例化：

隐式实例化：

显示实例化：

总结：

非模板函数与函数模板：

总结

二 类模板：

概念：

定义：

一函数模板：

二类模板：