【C++】模板

泛型编程和模板

首先考虑下面情景如何实现代码：写一个交换函数，适用于所有数据类型

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;
}

为了使我们实现的交换函数通用，我们只能实现函数重载，缺点伴随而出：

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

为了改变这种缺陷，C++提供了一种模板，它可被称作泛型编程。
泛型编程：它可以编写与类型无关的通用代码，是代码复用的一种手段。
模板又分为函数模板和类模板，下面将分别讲解二者的用法。

函数模板

函数模板是指的是建立一类通用函数，它的参数类型和返回值类型不具体指定，而是用一个通用的标识符代替。
函数使用时，编译器会自动根据实参类型产生函数的特定类型版本。

定义格式

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

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

实例化

用不同类型的参数使用函数模板，成为函数模板的实例化。

隐式实例化

让编译器根据实参类型自动推演模板参数实际类型：

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
 return left + right;
}

//调用
int a=10;
int b=2;
double c=20.0;
Add(a,b); //编译器通过a,b都为int类型推演T为int
Add(a,c); //该句不能编译,编译器根据a为int类型已经推演T为int,而根据c为double类型推演T为double，矛盾

/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)c);

显示实例化

在调用函数时，在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

Add<int>(a,c);

函数模板的匹配规则

一、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
}

二、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。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
}

类模板

类模板是类的抽象，类模板本身不是类，而是用来生成类的“配方”，一个类模板说明可以定义出具有共性（除类型参数或普通参数外，其余全相同）的一组类。
注意：类的实例化——对象；类模板的实例化——类。

定义格式

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

// 动态顺序表
// 注意：Vector不是具体的类，是编译器根据被实例化的类型生成具体类的模具
template<class T>
class Vector
{ 
public :
 Vector(size_t capacity = 10)
 : _pData(new T[capacity])
 , _size(0)
 , _capacity(capacity)
 {}
 
 // 使用析构函数演示：在类中声明，在类外定义。
 ~Vector();
 
 void PushBack(const T& data)；
 void PopBack()；
 // ...
 
 size_t Size() {return _size;}
 
 T& operator[](size_t pos)
 {
 assert(pos < _size);
 return _pData[pos];
 }
 
private:
 T* _pData;
 size_t _size;
 size_t _capacity;
};
// 注意：类模板中函数放在类外进行定义时，需要加模板参数列表
template <class T>
Vector<T>::~Vector()
{
 if(_pData)
 delete[] _pData;
 _size = _capacity = 0;
}

除此之外，类模板不支持分离编译，即声明在xxx.h文件中，而定义却在xxx.cpp文件中。

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

Vector<int> s1;
Vector<double> s2;  //实现真正的类