[C++]——学习模板

前言：

什么是模板？模板可以做什么？带着好奇的心态去学习模板一定会有很大的收获。

一、模板

1.1 什么是模板

模板是 C++支持参数化多态的工具，使用模板可以使用户为类或者函数声明一种一般模式，使得类中的某些数据成员或者成员函数的参数、返回值取得任意类型。

1.2 模板的概念

模板（Template）指 C++ 程序设计设计语言中采用类型作为参数的程序设计，支持通用程序设计。C++的标准库提供许多有用的函数大多结合了模板的观念，如 STL 以及 iostream。

模板是一种对类型进行参数化的工具。
通常有两种形式：函数模板和类模板:

• 函数模板：针对仅参数类型不同的函数；
• 类模板：针对仅成员变量和成员函数类型不同的类。

在模版中，编译器一般不会进行类型转换操作，因为一但转化出问题，编译器就要背黑锅。

1.3 模板可以做什么

使用模板的目的就是能够让程序员编写与类型无关的代码.

1.4 泛型模板

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。

二、函数模板

函数模板编译（两次）：
1：没有实例化之前，检查代码本身是否有语法错误。
2： 实例化期间，检查对模板代码的调用是否合法。

2.1 函数模板概念和格式

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。

格式：

template<typename T1, typename T2,…,typename Tn>
返回值类型 函数名 ( 参数列表 ){}

案例如下：

template<typename T>
void Swap(T& a, T& b)
{
    T temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

注意： typename 是用来定义模板参数的关键字 ，也可以使用 class( 切记：不能使用 struct 代替
class)

2.2 函数模板原理

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。

网图：

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。

2.3 函数模板实例化

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

2.3.1 隐式实例化

隐式实例化：也叫推演实例化，函数参数传递，推出模板参数的类型，生成对应的函数。（让编译器根据实参推演模板参数的实际类型）

2.3.2 显式实例化

显式实例化：在函数名后的 <> 中指定模板参数的实际类型

2.4 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
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。（简单来说就是有现成的就用现成得，有更合适得就用更合适得，没有就将就用模板）
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

2.5 函数模板声明定义分离

可以声明定义分离
不同的是模板参数声明定义都要给

//声明
template<typename T>
void Swap(T& left, T& right);
//定义
template<typename T>
void Swap(T& left, T& right)
{
    T temp = left;
    left = right;
    right = temp;
}

三、类模板

3.1 类模板的定义格式

//可以声明多个模板参数
template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 类模板名
{
    // 类内成员定义
};

3.2 类模板实例化

类模板实例化与函数模板实例化不同，类模板都是显式实例化，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。

• 对于普通类，类名就是类型
• 对于类模板，类名不是类型，类名<类型>才是整个类的类型

3.3 类模板声明和定义分离

// 类模板
// 注意：Stack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 Stack
{
private:
	T* _a;
	size_t _top;
	size_t _capacity;

public:
	// ...
	Stack(size_t capacity = 10)
		:_a(new T[capacity])
		,_top(0)
		,_capacity(capacity)
	{}

	~Stack(); // 析构函数，在类中声明，类外定义
};

// 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>
Stack<T>::~Stack()
{
	if (_a)
	{
		delete[] _a;
		_a = nullptr;
	}
	_top = _capacity = 0;
}

int main()
{
	// 类模板的使用都是显式实例化
    // Stack是类名，Stack<int>才是类型
	Stack<int*> st1;
	Stack<int> st2;

	return 0;
}

注意： 模板不支持把声明写到 .h 头文件，定义写到 .cpp 源文件的这种声明与定义分离在不同文件中的方式，会出现链接错误。

四、总结

注意： 一个模板，如果没有实例化，编译器是不会去检查它内部的语法的。

优点：

1. 模板复用了代码，节省资源，更快的迭代开发， C++ 的标准模板库 (STL) 因此而产生
2. 增强了代码的灵活性

缺点：

1. 模板会导致代码膨胀问题，也会导致编译时间变长
2. 出现模板编译错误时，错误信息非常凌乱，不易定位错误