C++ ： 模板初阶（泛型编程、函数模板、类模板）

模板初阶（泛型编程、函数模板、类模板）

泛型编程

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。

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。

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){ }

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 )

函数模板的原理

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

编译器编译阶段，应用模板函数，编译器根据传入的实参类型推演生成对应类型的函数以供调用。比如：当用 int 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 int 类型，产生一份专门处理 int 类型的代码，对于其他类型也是如此

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。

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, d1);
 Add(a2, d2);
 
 return 0;
}

上述代码能正确运行吗？答案是不能。有想过为什么吗？？？？在编译器上运行一下代码试试看辣（づ￣3￣）づ╭❤～

注意：在模板中，编译器一般不会进行类型转换操作，如何解决呢？(◍´꒳`◍)

此时有两种处理方式：
 //1. 用户自己来强制转化 
  Add(a, (int)d);
  
 //2. 使用显式实例化
 Add<int>(a,d);

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

Add((char)a, d);   //自身推到，强转
Add<char>(a, d); //显示实例化

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，在调用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)

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

类模板

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
}; 

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。
下面

////动态顺序表
#include <assert.h>
template<class T>   //模板参数
class Vector
{
public:

    Vector(size_t capacity = 10)
        : _array(new T[capacity])   //数据类型不确定，用T；()括号是初始化，[]是数组
        , _size(0)
        , _capacity(capacity)
    {}

    // 使用析构函数演示：在类中声明，在类外定义。
    ~Vector()
    {
        if (_array)
        {
            delete[] _array;
            _array = nullptr;
            _size = _capacity = 0;
        }
    }

    //插入数据
    //void PushBack(SeqList* ps, DataType x);   
//C语言
    void PushBack(const T& x)    //隐式的this指针 void PushBack(Vector<int>*this,const T& x)
    {
        //增容
        _array[_size] = x;
        ++_size;
    }
    size_t Size()
    {
        return _size;
    }

    T operator[](size_t pos)   
    {
        assert(pos < _size);   //防止越界
        return _array[pos];
    }

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

int main()
{
    Vector<int> v1;   //不用推类型
    //PushBack(&s1, 1);   //C语言
    v1.PushBack(1);     //v1.PushBack(&v1,1);
    v1.PushBack(2);    
    v1.PushBack(3);     
    v1.PushBack(4);     

    for (size_t i = 0; i < v1.Size(); ++i)
    {
        cout << v1[i] << " ";
        cout << v1.operator[](i) << " ";
    }
    cout << endl;

    Vector<char> v2;
    v2.PushBack('a');   
    v2.PushBack('b');
    v2.PushBack('c');
    v2.PushBack('d');

    for (size_t i = 0; i < v2.Size(); ++i)
    {
        cout << v2[i] << " ";
        /*cout << v2.operator[](i) << " ";*/
    }
    cout << endl;

    system("pause");
    return 0;
}