template关键字

原文：http://blog.youkuaiyun.com/qaz19870418/archive/2009/06/14/4269189.aspx

从今天开始来学习一下《C++ template》，学习c++ template的动机来自于自己在实现数据结构中的类的时候所遇到的困难。虽然以前在谭浩强老师所编写的《C++程序设计》一书中学过一点c++模板的的知识，但是那本书中讲的关于模板的知识是在是太少了，等到用的时候才发现好多东西不知道怎么用模板的只是知识来解决。

1.为什么要引入模板机制？

我们知道，代码重用（code reuse）是软件工程的重要目的之一，代码重用是减少代码键入数量，缩短软件开发时间的一项非常有效地手段，而模板机制的引入正是为了能够更好的实现代码重用。

在c语言中，我们可以通过宏（macro）来实现代码的重用。例如有以下三个函数：

int max(int a, int b)

{

  return a>b?a:b;

}



float max(float a, float b)

{

  return a>b?a:b;

}



float max(float a, float b)

{

  return a>b?a:b;

}



double max(double a, double b)

{

  return a>b?a:b;

}

这三个函数的功能是一样的，都是求a,b中较大的数，通过观察我们可以发现这三个函数除了数据的类型不一样外，其他的部分一模一样。然而我们却用了三个函数来实现这一功能，这显然不符合代码重用的原则，为此，我们可以将以上三个函数用宏实现，如下：

#define MAX(a, b) ( (a)>(b)?(a):(b))

MAX(2, 3); //计算结果为3

MAX(1.2, 3.5); //计算结果为3.5

MAX(1, 2.4)； //结果为2.4

MAX(2.4, 1);   //结果为2.4

这样一来就大大简化了代码，但是这样却引入了一个问题。因为宏是类型不安全的，在编译器在预处理的时候只是进行简单的替换，而不会进行类型检查，降低了程序的安全性。

为了保留宏的简洁性以及消除其不安全性，c++中引入了模板，它既有宏的简洁方便的特点，又具有安全性。能够很好的支持代码重用。上面这个例子用模版实现如下：

template

inline T const & max(T const& a, T const& b)

{

return a>b?a:b;

}

max(2, 3); //计算结果为3

max (1.2, 3.5); //计算结果为3.5

max (1, 2.4)； // ERROR: first T is int, second T is double

max(2.4, 1); // ERROR: first T is double, second T is int

我们看到当我们使用max(1, 2.4)时，编译器会提示错误，原因是我们只申明了一个模版参数T, 但是在这个调用中第一个T为int， 第二个T为double，编译器不知道到底该选用哪一个来替代T，所以提示错误。

从这里我们知道了模板与宏的一个不同之处，那就是模板不支持默认的数据类型转换，而宏支持默认的数据类型转换。这样模板就能够让程序按照我们的意愿来执行，以免发生不可预料的结果。

那么，如果我们需要用函数模版max来比较1和2.4，我们该如何做呢？

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类型重复，交错

我们有三种方法来解决这个问题：

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方法一，将二者的类型转换成一致：

max(static_cast(1), 2.4); // OK,结果为2.4

max(2.4, static_cast(1)); OK,结果为2.4

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方法二，显式地指定类型T：

max(1, 2.4); //OK，结果为2.4

max(2.4, 1); //OK，结果为2.4

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方法三，使用两个模版参数：

template

inline T2 max (T1 const& a, T2 const& b)

{

return a < b ? b : a;

}

max(1, 2.4); //OK,结果为2.4

max(2.4, 1); //ERROR，返回类型不匹配

我们看到，这里max(2.4, 1)编译出现错误，错误的原因是由于返回类型不匹配。那么我们该如何解决这个问题呢？

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我们可以这样考虑，我们可以增加一个模版参数，用来指定模版函数的返回值，具体形式如下：

template

inline RT max (T1 const& a, T2 const& b)

{

return a < b ? b : a;

}

max(1, 2.4); //OK,返回2.4

max(2.4, 1); //OK,返回2.4

这样虽然问题解决了，但是通过max(1, 2.4);这种方式来调用显得非常复杂，我们对以上函数稍微改动一下，就可以简化调用的形式：

template

inline RT max (T1 const& a, T2 const& b)

{

return a < b ? b : a;

}

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max(1, 2.4); //OK,返回2.4

max(1, 2.4); //OK，与max(1, 2.4); 等价

max< double>(2.4, 1); //OK,返回2.4

max(2.4, 1); //OK,与max< double>(2.4, 1);等价

很显然通过max(1, 2.4);和max< double>(2.4, 1);来调用要简单的多。这样既解决了代码重用，又简化了调用接口，方便编程。

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