C++：模板开端

目录

1.泛型编程

 2.函数模板

2.1函数模板概念

2.2函数模板格式

2.3函数模板的原理

 2.4函数模板的实例化

 2.5模板参数的匹配原则

3.类模板 

3.1类模板的定义格式

3.2类模板的实例化

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1.泛型编程

如何实现一个通用的交换函数呢？

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;}......

使用函数重载虽然可以实现，但是有一下几个不好的地方： 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？ 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。

 2.函数模板

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

template<typename T1, typename T2,......,typename Tn> 返回值类型 函数名 ( 参数列表 ){}

temlate<typename T>void Swap(T& a,T& b){    T tmp = a;    a = b;    b = tmp;}

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)

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 。 1. 隐式实例化 ：让编译器根据实参推演模板参数的实际类型

template<class 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);Add(d1, d2);Add(a1,d1);/*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T，编译器无法确定此处到底该将T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Add(a1, d1);*/// 此时有两种处理方式：1. 用户自己来强制转化 2. 使用显式实例化Add(a, (int)d);return 0;}

2. 显式实例化 ：在函数名后的 <> 中指定模板参数的实际类型

 

int main(void){int a = 10;double b = 20.0;// 显式实例化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，如果无法转换成功编译器将会报错。

 2.5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 个非模板函数

// 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}

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

 

// 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}

3. 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

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

#include<iostream>using namespace std;// 类模板template<typename T>class Stack{public:    // 构造函数，初始化堆栈，默认为容量4    Stack(size_t capacity = 4)    {        _array = new T[capacity];          _capacity = capacity;              _size = 0;                     }    // 入栈操作    void Push(const T& data);private:    T* _array;           // 存储栈元素的数组    size_t _capacity;    // 栈的容量    size_t _size;        // 栈中当前元素的数量};// 模板函数的定义。模板函数的定义建议与声明在同一文件中，避免链接错误。template<class T>void Stack<T>::Push(const T& data){    // 将数据推入栈中    _array[_size] = data;    ++_size;  // 更新栈的大小}int main(){    Stack<int> st1;    // 创建一个存储整数的栈    Stack<double> st2; // 创建一个存储双精度浮点数的栈    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 。

 

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

再见