C++ --- 模版初阶

1、泛型编程

如何实现一个交换函数呢？我们这大概可以这样实现：

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void Swap(int& left, int& right)
{
	int temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}


void Swap(char& left, char& right)
{
	char temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}

void Swap(double& left, double& right)
{
	double temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}
......

使用函数重载虽然可以实现，但是有以下几个弊端：

1、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

2、代码的可维护性也比较低，一个出错可能所有的重载均出错。

此时，在C++中存在一个模具，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），那将会节省很多。正巧前人早已将树栽好，我们只需要在此乘凉。

泛型编程：编写与类型无关的统用代码，是代码复用的一种手段，模版是泛型编程的基础。

2、函数模版

（1）函数模板的概念

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）函数模板格式

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template<typename T>
void Swap(T& left, T& right)
{
	T temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}

注意：typename是用来定义模板参数关键字，也可以使用class（这里要特别注意：不能使用struct代替class）

（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，在使用函数模板时，编译器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：用double类型使用函数模板时，编译器通过对实参的推演，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。

（4）函数模板的实例化

函数模板的实例化分为：1、隐式实例化和2、显式实例化

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#include<iostream>
using namespace std;
template<class T>
T Add(const T& left, const T& rght)
{
	return left + right;
}

int main()
{
	int a1 = 1;
	int a2 = 5;
	double d1 = 2.9;
	double d2 = 3.4;
	Add(a1, a2);
	Add(d1, d2);
	/*
	以下这个语句不能通过编译，因为在编译期间，但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，通过实参将T推演为double类型
	但是模板参数中只有一个T，编译器无法确定应该将T确定为int或者double类型而报错
	要注意的是：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, d2);//这是错误的写法
    //此时有俩种处理方式:1、用户自己来强制转换2、使用显式实例化
    Add(a1,(int)d1);//强制转换
    return 0;
}

显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

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#include<iostream>
using namespace std;
template<class T>
T Add(const T& left, const T& rght)
{
	return left + right;
}

int main()
{
	int a = 98;
	double b = 1.2;
	Add<int>(a, b);
	return 0;
}

如果类型不匹配编译器会尝试进行隐式类型转换，如果无法成功转换，编译器会报错。

（5）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参数。

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#include<iostream>
using namespace std;
int Add(int left, int right)
{
	return left + right;
}

template<typename T>
T Add(T& left, T& right)
{
	return left + right;
}
void Test()
{
    Add(1,2);
    Add<int>(1,2);

}

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

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#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<typename T1,typename T2>
T1 Add(T1 left, T2 right)
{
	return left + right;
}
void Test()
{
	Add(1, 2);/*与非函数模板完全匹配，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，但是普通函数可以进行自动类型转换。

3、类模板

（1）类模板的定义格式

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#include<iostream>
using namespace std;
//类模板的定义
template<typename T>
class Stack
{
public:
	Stack(size_t capacity = 4)
	{
		_array = new T[capacity];
		_capacity = capacity;
		_size = 0;
	}
	void Push(const T& data);//声明入栈函数
private:
	T* _array;
	size_t _capacity;
	size_t _size;

};

//模板不建议声明和定义分离到俩个文件.h和.cpp会出现链接错误
//模板成员函数的实现
//模板函数如果在类外实现，需要重复写template<class T>声明
//并且通过Stack<T>::指明是属于Stack模板类的成员函数。
template <class T>
void Stack<T>::Push(const T& data)
{
	//扩容
	_array[_size] = data;
	++_size;
}
int main()
{
	//模板类的使用(实例化)
	Stack<int> st1;//int 
	Stack < double > st2;//double ,,  Stack是类名，Stack<int>才是真正的类
	return 0;

（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上< >,然后将实例化的类型放在<>中间即可，类模板名字不是真正的类，而实例化的结果才是真正的类。

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//模板类的使用(实例化)
	Stack<int> st1;//实例化一个存储int类型的栈对象st1 
	Stack < double > st2;//double ,  Stack是类名，Stack<int>才是真正的类