目录
[一. 泛型编程](#一. 泛型编程)
[二. 函数模板（template的使用）](#二. 函数模板（template的使用）)
[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)
[三. 类模板](#三. 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)
一. 泛型编程
如何实现一个通用的交换函数呢？
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，那能否告诉编译器一个模子，让编译器根据不同的类型利用该模子来生成代码呢？
cpp
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;
}
......如果在C++中，也能够存在这样一个模具，通过给这个模具中填充不同材料(类型)，来获得不同材料的铸件(即生成具体类型的代码），那将会节省许多头发。巧的是前人早已将树栽好，我们只需在此乘凉。
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。
二. 函数模板（template的使用）
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
cpp
template<typename T1, typename T2,......,typename Tn>
返回值类型 函数名(参数列表)
{
//...
}示例：以下两种都可以，为方便观看，一般使用第2种
cpp
template<typename T> void Swap(T& left, T& right)
{
T temp = left;
left = right;
right = temp;
}
cpp
template<typename T>
void Swap(T& left, T& right)
{
T temp = left;
left = right;
right = temp;
}注意：
1.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)
2.一个模板只适用于当前函数！
示例1：模板的定义及使用
cpp
#include<iostream>
using namespace std;
//用函数模板生成对应的函数 -> 模板的实例化
template<typename T> //template<class T> //这样写也可以
void Swap(T& left, T& right)
{
T tmp = left;
left = right;
right = tmp;
}
int main()
{
int i = 1, j = 2;
double m = 1.1, n = 2.2;
Swap(i, j);
Swap(m, n);
cout << "i:" << i << " " << "j:" << j << endl;
cout << "m:" << m << " " << "n:" << n << endl;
return 0;
}示例2：第2条 一个模板只对应当前一个函数
cpp
#include<iostream>
using namespace std;
template<class T>
T Add(T left, T right) //上一行的template模板只属于Add这个函数
{
return left + right;
}
template<class T>
void Swap(T& left, T& right) //上一行的template模板只属于Swap这个函数
{
T tmp = left;
left = right;
right = tmp;
}
int main()
{
int a = 1, b = 2;
Add(a, b);
Swap(a, b);
}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。
-
显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型。
注意：同一条语句，不能将一个模板参数推演成两种不同的类型（见示例2）。
示例1：第1条，第2条
cpp
#include<iostream>
using namespace std;
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); // 1.隐式实例化 自动将T推演为int类型
Add(d1, d2); // 1.隐式实例化 自动将T推演为double类型
Add<double>(a1, a2);// 2.显式实例化（手动将T定义为double类型）
//调试可见，此语句进入Add之后，将left和righe强转为了double类型
return 0;
}示例2：注意：同一条语句，不能将一个模板参数推演成两种不同的类型，因为类型不匹配，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。此时有三种解决方法
-
用户自己来强制转化
-
使用显式实例化
-
多定义一个模板参数(正经解决办法)
示例（1）：解决方法1，2
cpp
#include<iostream>
using namespace std;
template<typename T1>
T1 Add(const T1& left, const T1& right)
{
return left + right;
}
int main()
{
int a1 = 10, a2 = 20;
double d1 = 10.0, d2 = 20.0;
Add(a1, a2);
Add(d1, d2);
//Add(a1, d1); //因为 a1 是 int类型， d1 是 double类型
//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T1，
//编译器无法确定此处到底该将T1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
// 此时有三种处理方式：1. 用户自己来强制转化 2. 使用显式实例化 3.多加一个模板参数T2
Add(a1, (int)d1); // 1.用户自己来强制转化（将double类型的d1强转为int类型，再推演，则T1都为int）
// 显式实例化
Add<int>(a2, d2); // 2.显式实例化（手动将T1定义为int类型）
return 0;
}示例（2）：解决方法3
cpp
#include<iostream>
using namespace std;
template<typename T1, typename T2>
T1 Add(const T1& left, const T2& right) //这里left为T1类型，right为T2类型
{
return left + right;
}
int main()
{
int a1 = 10, a2 = 20;
double d1 = 10.0, d2 = 20.0;
// 此时有三种处理方式：1. 用户自己来强制转化 2. 使用显式实例化 3.多加一个模板参数T2
Add(a1, d1); //3.多加一个模板参数T2
//这里将T1推演为int类型，将T2推演为double类型
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
#include<iostream>
using namespace std;
// 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;
}
int main()
{
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。（择优调用）
cpp
#include<iostream>
using namespace std;
// 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;
}
int main()
{
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
三. 类模板
3.1 类模板的定义格式
cpp
template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 类模板名
{
// 类内成员定义
};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（类只能显式实例化），类模板名字不是真正的类，而实例化的结果才是真正的类。
示例：类模板实例化，类模板中函数声明定义分离的使用。
cpp
#include<iostream>
using namespace std;
// 类模版
template<typename T>
class Stack //上一行是类的模板
{
public:
Stack(int n = 4)
:_array(new T[n])
, _size(0)
, _capacity(n)
{}
~Stack()
{
delete[] _array;
_array = nullptr;
_size = _capacity = 0;
}
void Push(const T& data);
private:
T* _array;
size_t _capacity;
size_t _size;
};
// 模版不建议声明和定义分离到两个文件.h 和.cpp会出现链接错误，具体原因后面会讲
template<class T>
void Stack<T>::Push(const T& data) //上一行是函数Push的模板，因为Push没有定义在类里面，所以不能用类的模板
{
// 扩容
if (_size == _capacity)
{
T* tmp = new T[_capacity * 2];
memcpy(tmp, _array, sizeof(T) * _size);
delete[] _array;
_array = tmp;
_capacity *= 2;
}
_array[_size++] = data;
}
int main()
{
//类模板都是显式实例化
Stack<int> st1; // int st1这个栈存放的是int类型的变量
st1.Push(1);
st1.Push(2);
st1.Push(3);
Stack<double> st2; // double st2这个栈存放的是double类型的变量
st1.Push(1.1);
st1.Push(2.2);
st1.Push(3.3);
return 0;
}