【C++模板初阶】

【知识预告】

1. 泛型编程
2. 函数模板
3. 类模板

1 泛型编程

实现一个通用的交换函数

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;
}
//  ......

通用的交换函数，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

基于此，祖师爷就思考了一下，能不能让编译器根据不同的类型，利用一个模板来生成代码呢？

答：可以，祖师爷创建了一个模板的概念。

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。

模板可以分为函数模板和类模板。

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<class T>
template<typename T>
template<typename T1, typename T2>

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)

用模板的方式，实现一个通用的交换函数

// 编译器用模板实例化生成对应的Swap函数

// 函数模板
template<class T>
void Swap(T& left, T& right)
{
	T temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}

int main()
{
	int i = 0, j = 1;
	Swap(i, j);
	cout << "i=" << i << endl;
	cout << "j=" << j << endl;

	double x = 1.1, y = 2.2;
	Swap(x, y);
	cout << "x=" << x << endl;
	cout << "y=" << y << endl;

	return 0;
}

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()
{
	cout << Add(1, 2) << endl;

	//cout << Add(1.1, 2) << endl;  报错（类型不匹配）

	cout << Add((int)1.1, 2) << endl;
	cout << Add(1.1, (double)2) << endl;

	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()
{
	cout << Add<int>(1.1, 2) << endl;
	cout << Add<double>(1.1, 2) << endl;

	return 0;
}

3 类模板

3.1 类模板的定义格式

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

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.

template<class T>
class Stack
{
public:
	Stack(size_t capacity = 4)
	{
		cout << "Stack()" << endl;

		_array = new T[capacity];
		_capacity = capacity;
		_size = 0;
	}

	void Push(const T& data)
	{
		_array[_size] = data;
		_size++;
	}

	~Stack()
	{
		cout << "~Stack()" << endl;

		delete[] _array;
		_array = nullptr;
		_size = _capacity = 0;
	}

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

int main()
{
	Stack<int> st1;  // int
	Stack<double> st2;  // double

	st1.Push(1);
	st1.Push(2);

	st2.Push(1.2);
	st2.Push(1.3);

	return 0;
}