C++知识整理day8——模版--一篇完整版搞定模板问题（函数模板、类模板、模板特化）

1.泛型编程

在我们以往的c++学习过程中，我们要实现不同类型的元素进行交换swap函数，需要使用函数重载在分别写出不同类型的swap函数。例如：

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;
}

函数重载虽然可以帮我们实现不同数据类型的交换函数，未免有些过于麻烦了，函数重载有如下两个缺点：

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

那有没有更好的的方式，使用一个函数就可以帮我们解决这个问题呢？

C++是支持泛型编程的。

Q：什么是泛型编程？
A：泛型编程就类似于生活中的印刷术一样，有一个模具，我们需要印刷哪一本书，就会有对应的模具，我们不需要来一页纸，就重新写字，我们只需要找到这页纸的模具就可以了。

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。 其中，模版又分为函数模板和类模板。

2.函数模板

一个函数模板就代表了一类函数，该模板函数的参数与具体类型是没有关系的，只有我们显示调用的时候，参数类型才被初始化。

2.1 函数模板使用

函数模板的格式：template <class T1, class T2, …>，其中class也可以使用typename关键字，T1、T2就表示类型（模子）。例如我们将上面swap函数重载的几个函数写成模板如下：

template<class T>
void Swap(T& left, T& right)
{
   
	T temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}

注意：class是用来定义模板参数关键字，也可以使用typename(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，也就是说我们不需要那么麻烦的写那么多函数了，但是编译器该写的还是写，编译器还是很累的。

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. 隐式类型实例化：让编译器根据实参推演模板参数的实际类型，例如：

template<class T>
T Add(T a, T b)
{
   
	return a + b;
}

int main()
{
   
	int a1 = 10, a2 = 20;
	double d1 = 1.2, d2 = 3.4;
	cout << Add(a1, a2) << endl;
	cout << Add(d1, d2) << endl;

	//cout << Add(a1, d1) << endl;//报错
	//因为编译器看到a1已经把类型实例化成了int，
	//但是模板列表里只有一个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

	//有两种解决方案，1.强制类型转换 2.显示实例化
	cout << Add(a1, (int)d1) << endl;

	return 0;
}

2. 显示实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型，例如：

template<class T>
T Add(T a, T b)
{
   
	return a + b;
}

int main()
{
   
	int a = 10;
	double d = 3.14;
	cout << Add<int>(a, d) << endl;
	return 0;
}

2.4 函数模板的匹配规则

我们只需要记住一句话：函数调用会找到最匹配的那个函数。

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