C++模板初阶

文章目录

目录
- [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)

//template<typename T1, typename T2>

//模板的原理是什么？需要什么，编译器帮助你实例化你要的函数或者类
template<typename T>
void Swap(T& left, T& right)
{
	T temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}

int main()
{
	int a = 0, b = 1;
	Swap(a, b);

	double c = 1.1, d = 2.2;
	Swap(c, d);

	int* p1 = &a, *p2 = &b;
	Swap(p1, p2);

	//...

	return 0;
}

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)

从上图我们可以看出，三次调用并不是调用的同一个函数。

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。

注：其实我们可以不用自己写这个函数，因为C++库里面有，以后可以直接用：

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
显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型（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

#include <iostream>

using namespace std;

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
	cout << "T Add(const T& left, const T& right)" << endl;

	return left + right;
}

template<typename T1, typename T2>
auto Add(const T1& left, const T2& right)
{
	cout << "auto Add(const T1& left, const T2& right)" << endl;

	return left + right;
}

int main()
{
	int a1 = 10, a2 = 20;
	double d1 = 10.1, d2 = 20.2;
	Add(a1, a2);
	Add(d1, d2);

	cout << Add(a1, (int)d2) << endl;
	cout << Add((double)a1, d2) << endl;
	
	//显式实例化，不再让你去推演参数
	cout << Add<int, double>(a1, d2) << endl;

	cout << Add(a1, d2) << endl;

	return 0;
}

下面这种场景就必须用显式实例化：

cpp 复制代码

#include <iostream>

using namespace std;

template<class T>
T* func(int a)
{
	T* p = (T*)operator new(sizeof(T));
	new(p)T(a);

	return p;
}

class A
{
public:
	A(int a = 0)
		:_a(a)
	{}

private:
	int _a;
};

int main()
{
	int* ret1 = func<int>(1);
	A* ret2 = func<A>(1);

	return 0;
}

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

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
};

举个例子：

cpp 复制代码

#include <iostream>

using namespace std;

//类模板
template<class T>
class Stack
{
public:
	Stack(size_t capacity = 4)
	{
		_array = (T*)malloc(sizeof(T) * capacity);

		if (nullptr == _array)
		{
			perror("malloc申请空间失败");
			return;
		}

		_capacity = capacity;
		_size = 0;
	}

	void Push(const T& data);

private:
	T* _array;
	size_t _capacity;
	size_t _size;
};

//模板不建议声明和定义分离到 .h 和 .cpp 会出现链接错误，具体原因后面会讲
//要分离也分离在.h
template<class T>
void Stack<T>::Push(const T& data)
{
	//扩容
	_array[_size] = data;
	++_size;
}

int main()
{
	Stack<int> st1;//int
	Stack<double> st2;//double

	return 0;
}

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

// Stack是类名，Stack<int>才是类型
Stack<int> st1; // int
Stack<double> st2; // double

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3.1 类模板的定义格式

3.2 类模板的实例化