C++入门—初阶模板

定义

模板是一种通用的代码模版，它允许程序员编写与类型无关的代码。它不是一个实实在在的函数或类，而是一个编译器生成代码的"蓝图"或"配方"

从"手工零件"到"万能模具"

你可以把传统的函数或类比作"手工零件 "：如果你需要一个处理 int 的函数，你就得造一个 int 零件；需要 double，就再造一个

而模板则是那个"万能模具"：

你在模具里预留了一个名为 T（Type）的空位
当你需要处理 int 时，告诉编译器，它就用这个模具给你"压出"一个 int 版的函数
当你需要处理自定义的 Date 类或 String 类时，它依然能用同一个模具产生对应的代码

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

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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;
}

函数模板

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

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template <typename T>
T Add(T a, T b) {
    return a + b;
}

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)

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

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

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template<class T>
void Swap(T& x, T& y)
{
	T tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}
template<class T1, class T2>
void func(const T1& x, const T2& y)
{}

int main()
{
	int i = 0, j = 2;
	double m = 1.1, n = 2.2;
	Swap(i, j);
	Swap(m, n);
	//Swap(i, n);

	swap(i, j);
	swap(m, n);

	func(i, m);
	func(i, j);
	return 0;
}

这里的"Swap(i, n);"被我注释掉，是因为单参数模板 只能是相同类型，多参数模板 可以接收不同的类型，swap就是只有一个参数，func就是多个参数，那如果我们就只有一个参数但是想要实现不同类型的参数计算怎么办？"显示实例化"

显示实例化

在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

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int main(void)
{
int a = 10;
double b = 20.0;
// 显式实例化
Add<int>(a, b);
return 0;
}

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template<class T1>
T1 func(const T1& x, const T1& y)
{
	return x + y;
}
int main()
{
	int i = 1, j = 2;
	double m = 1.1, n = 2.2;
	//推导实例化
	cout<<func(i, (int)m)<<endl;
	cout << func((double)i, m) << endl;
	//显示实例化
	cout << func<int>(i, m) << endl;
	cout << func<double>(i, m) << endl;
	return 0;
}

模板函数不允许自动类型转换

类模板

类模板的定义格式

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

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#include<iostream>
using namespace std;
// 类模版
template<typename T>
class Stack
{
public:
Stack(size_t capacity = 4)
{
    _array = new T[capacity];
    _capacity = capacity;
    _size = 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)
    // 扩容
    _array[_size] = data;
    ++_size;
}
int main()
{
    Stack<int> st1; // int
    Stack<double> st2; // double
    return 0;
}

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

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

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template<typename T>
class Stack
{
public:
	Stack(size_t n= 4)
		:_array(new T[n])
		, _capacity(n)
		, _size(0)
		
	{ }
	~Stack()
	{
		delete[]_array;
		_array = nullptr;
		_size = _capacity = 0;
	}
	
	void Push(const T& data);

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

template<class T>
void Stack<T>::Push(const T& data)
{
	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()
{
	//类模板都是显示实例化
	Stack<int>st1;
	st1.Push(1);
	st1.Push(2);
	st1.Push(3);

	Stack<double>st2;
	st2.Push(1.1);
	st2.Push(2.2);
	st2.Push(3.3);
	Stack<double>* pst = new Stack<double>;
	delete pst;
	return 0;
}