模板的认识（上）

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#算法 #c++ #开发语言

泛型编程

C++模板是C++中一个重要的特性，用于实现泛型编程，允许编写与数据类型无关的代码。模板是泛型编程的基础。

函数模板

函数模板是一个通用函数，可以接受任何数据类型的参数。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。
template < typename T1，typename T2 …>
返回值类型函数名(参数列表){}
typename T是模板参数，typename是用来定义模板参数的关键字，也可以使用class

#include<iostream>
using namespace std;
template <typename T>
void Swap(T& x1, T& x2)
{
	T tmp = x1;
	x1 = x2;
	x2 = tmp;
}
int main()
{
	int a = 1, b = 2;
	cout << a <<" " << b << endl;
	Swap(a,b);
	cout << a << " " << b << endl;
	double c = 1.3, d = 2.6;
	cout << c << " " << d << endl;
	Swap(c, d);
	cout << c << " " << d << endl;
	cout << a << " " << c << endl;
	cout << c << " " << a << endl;
	return 0;
}

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。其他类型也是如此。

函数模板的实例化

使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

1隐式实例化：让编译器根据实参推演模板参数的实际参数类型

#include<iostream>
using namespace std;
template <class T>
T Add(const T& x1,const T& x2)
{
	return x1 + x2;
}
int main()
{
	int a = 1, b = 2;
	double c = 1.2, d = 1.3;
	cout << Add(a, b) << endl;
	cout << Add(c, d) << endl;
	//cout << Add(a, c) << endl;
	//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a将T推演为int，通过实参c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
   
    return 0;
}

解决方法
1强制转化

int main()
{
	int a = 1, b = 2;
	double c = 1.2, d = 1.3;
	cout << Add(a, b) << endl;
	cout << Add(c, d) << endl;
	cout << Add(a,(int) c) << endl;
}

2显式实例化，在函数名后面加上<>,指定参数类型

int main()
{
	int a = 1, b = 2;
	double c = 1.2, d = 1.3;
	cout << Add(a, b) << endl;
	cout << Add(c, d) << endl;
	cout << Add<int>(a,c) << endl;
}

2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，该函数模板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
}

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

类模板是一个通用类，可以用于创建不同数据类型的类实例。

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

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

类模板函数放在类外定义时，需要加模板参数列表