C++模版介绍-优快云博客

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一、函数模版

1.1 函数模版概念

先来看段代码：

void Swap(int& left, int& right)
{
    int temp = left;
    left = right;
    right = temp;
}

这是一个非常经典的交换函数，但是它在传参时只能传int类型的数据，如果我们要交换浮点型、double型等多种类型的数据，就必须要写多个重载的Swap函数来达到目的，其实C++给我们提供了一个强大的工具——模版，它可以使用很少的代码量就实现我们上面的要求，完成泛型编程（编写与类型无关的通用代码），接下来就让我们进入模版的学习吧。

一、函数模版

1.1 函数模版概念

函数模版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。

1.2 函数模版格式

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(切记：不能使用struct代替class)，当然，在同一模板声明中混合使用 "class" 和 "typename" 也是可能的，比如：

template <class T1, typename T2>
void myFunc(T1 arg1, T2 arg2);

1.3 函数模版的原理

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。

1.4 函数模版的实例化

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版参数的实际类型。

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
     return left + right;
}
int main()
{
     int a1 = 10, a2 = 20;
     double d1 = 10.0, d2 = 20.0;
     Add(a1, a2);
     Add(d1, d2);
}

但是下面这个语句： Add(a1, d1) ; ，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a1将T推演为int，通过实参d1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。

此时有两种处理方式：

1.用户自己来强制转化（ Add(a, （int）d) ）；

2.使用显示实例化。

② 显示实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型。

int main(void)
{
  int a = 10;
  double b = 20.0;
     
  // 显式实例化
  Add<int>(a, b);
  return 0;
}

报如果类型不匹配，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。

有些函数是必须使用显示实例化的，如：

这个函数在调用时则必须使用显示实例化，否则无法知道开辟什么类型的数组。

1.5 模版参数的匹配原则

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。

// 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
}

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。

// 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
}

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

二、类模板

拿我们实现过得栈来举例，如果对于一种栈，我们需要栈一存储int类型数据，栈二存储double类型数据，我们就得改变typeddef后面跟的类型，并且再把栈的名字设置为不同，如果类型很多，这样的代码就会很麻烦，所以我们引出了类模版这一概念。

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

template<class T>
class Stack
{
public:
	Stack(size_t capacity = 3);

	void Push(const T& data);

	// 其他方法...

	~Stack()
	{
		if (_array)
		{
			free(_array);
			_array = NULL;
			_capacity = 0;
			_size = 0;
		}
	}

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


template<class T>
Stack<T>::Stack(size_t capacity)
{
	/*_array = (T*)malloc(sizeof(T) * capacity);
	if (NULL == _array)
	{
		perror("malloc申请空间失败!!!");
		return;
	}*/
	_array = new T[capacity];

	_capacity = capacity;
	_size = 0;
}

template<class T>
void Stack<T>::Push(const T& data)
{
	// CheckCapacity();
	_array[_size] = data;
	_size++;
}
int main()
{
	Stack<int> s1;    // int
	Stack<double> s2; // double
	Stack<char> s3;   // char
	return 0;
}

注意：