模板初阶 -优快云博客

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，但是有不合适的地方

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。

通常我们知道有这样一种东西，同一个模具，根据填充的不同材料，能得到不同的产品，类似于下图：

因此C++存在一个类似于模具的东西，能根据不同的类型，来生成不同的代码。

泛型编程的目的：编写可处理多种数据类型的通用算法和容器

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。

模板是泛型程序设计的基础（泛型generic type——通用类型之意）。

二模板的概念

C++ 模板（Templates）是泛型编程（Generic Programming）的核心机制，它允许编写与具体数据类型无关的通用代码。模板的本质是 类型参数化，通过将数据类型作为参数传递给代码模板，编译器在编译时生成针对特定类型的代码。

2.1 类型参数化

核心思想：将数据类型抽象为参数，允许代码逻辑复用，而无需关心具体类型。

template <typename T>  // T 是类型参数

T add(T a, T b) 
{
     return a + b; 
}

编译器会根据调用时的实际类型，(如 int / double) 生成对应的函数版本。

2.2 编译时实例化

模板代码本身不会被编译，只有被实例化（即使用时指定具体类型）后，编译器才会生成具体的代。

add(3, 5);      // 实例化 int add(int, int)
add(3.14, 2.5); // 实例化 double add(double, double)

优势：类型安全检查在编译时完成，避免运行时错误。

C++中的模板又分别包括函数模板和类模板。

三函数模板

3.1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。

3.2函数模板的格式

template<typename T1, typename T2,......,typename Tn>

返回值类型 函数名(参数列表){}

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(切记：不能使用struct代替class)

同时应该注意区分 typedef 和 typename 。typedef 是对类型进行重命名，针对一种情况，即只能将特定的一种类型进行重命名；typename是用来定义模板参数的关键字，可以针对多种情况。

3.3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。

3.4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。

3.4.1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<typename T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
	return left + right;
}
int main()
{
	int a1 = 1, a2 = 2;
	double b1 = 1.0, b2 = 2.3;

    // 编译器根据参数类型自动推导类型
	Add(a1, a2);
	Add(b1, b2);

	return 0;
}

注意！此时两个参数的类型应报持一致。错误示范：

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a将T推演为int，通过实参b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

此时有两种解决方式：1.用户自己来强制转换，2.使用显示实例化。

强制转换：

Add(a, (int)b);

3.4.2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;
}

此时将 a 和 b 都强制转换为 int 类型。

3.5 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。

// 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。

// 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。

四类模板

4.1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
};

代码演示

#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
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;
}

4.2 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; // int
Stack<double> st2; // double

模板初阶

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二 模板的概念