【C++ 模板初阶】

1. 泛型编程

 首先来看一下这段代码：

// 交换两个整型
void Swapi(int* p1, int* p2)
{
	int tmp = *p1;
	*p1 = *p2;
	*p2 = tmp;
}
// 交换两个双精度浮点型
void Swapd(double* p1, double* p2)
{
	double tmp = *p1;
	*p1 = *p2;
	*p2 = tmp;
}

这是两个用来交换数字的函数，从大体上看很相似，只不过因为适用参数的不同，从而实现了这两个函数。

在学习了C++之后，我们可以对上面这个代码进行修改：使用 引用 - & 。

// 交换两个整型
void Swap(int& x, int& y)
{
	int tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}
// 交换两个双精度浮点型
void Swap(double& x, double& y)
{
	double tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}

C++的函数重载使得可以让表示同一功能但却因参数不同的函数拥有相同的函数名，但是他也有以下缺点：

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。

那能否告诉编译器一个模子，让编译器根据不同的类型利用该模子来生成代码呢？

如果在C++中，也能够存在这样一个模具，通过给这个模具中填充不同材料(类型)，来获得不同材料的铸件(即生成具体类型的代码），那将会节省许多头发。巧的是前人早已将树栽好，我们只需在此乘凉。

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。

接下来我们就要来学习下C++的模板：

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

比如：我们实现上面所提到的交换函数摸：

template<class T>
void Swap(T& x, T& y)
{
	T tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}

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)

2.3 函数模板的原理

 大家都知道，瓦特改良蒸汽机，人类开始了工业革命，解放了生产力。机器生
产淘汰掉了很多手工产品。本质是什么，重复的工作交给了机器去完成。有人给出了论调：懒人创造世界。

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。

原理：

  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

#include <iostream>
using namespace std;
template<typename T>
T Add(const T& x, const T& y)
{
	return x + y;
}
int main()
{
	int a = 10, b = 20;
	int c = Add(a, b); //编译器根据实参a和b推演出模板参数为int类型
	return 0;
}

注意：下面这种代码是不能编译成功的，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

	int a = 10;
	double b = 1.1;
	int c = Add(a, b);

2、显示实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

对于上面所述的这个问题，也可以通过显式实例化来解决：

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。

2.5 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

#include <iostream>
using namespace std;
//专门用于int类型加法的非模板函数
int Add(const int& x, const int& y)
{
	return x + y;
}
//通用类型加法的函数模板
template<typename T>
T Add(const T& x, const T& y)
{
	return x + y;
}
int main()
{
	int a = 10, b = 20;
	int c = Add(a, b); //调用非模板函数，编译器不需要实例化
	int d = Add<int>(a, b); //调用编译器实例化的Add函数
	return 0;
}

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。

#include <iostream>
using namespace std;
//专门用于int类型加法的非模板函数
int Add(const int& x, const int& y)
{
	return x + y;
}
//通用类型加法的函数模板
template<typename T1, typename T2>
T1 Add(const T1& x, const T2& y)
{
	return x + y;
}
int main()
{
	int a = Add(10, 20); //与非模板函数完全匹配，不需要函数模板实例化
	int b = Add(2.2, 2); //函数模板可以生成更加匹配的版本，编译器会根据实参生成更加匹配的Add函数
	return 0;
}

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

#include <iostream>
using namespace std;
template<typename T>
T Add(const T& x, const T& y)
{
	return x + y;
}
int main()
{
	int a = Add(2, 2.2); //模板函数不允许自动类型转换，不能通过编译
	return 0;
}

3. 类模板

3.1 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
};   

下面来实现一个模板Vector，并且在类里定义的函数如果要在类外定义，需要加模板参数列表。

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，在类内声明，内外定义
	~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;
};

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。

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。

// Vector类名，Vector<int>才是类型
 Vector<int> s1;
 Vector<double> s2;