模板初阶和使用

1.泛型编程

如何实现一个通用的交换函数呢？

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;
}

使用函数重载虽然可以实现，但是有一下几个不好的地方：
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版，让编译器根据不同的类型利用该模版来生成代码呢？

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。

模板分为两种：1.函数模板、2.类模板。

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函数模板的格式

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

例子：

template<typename T> //模板参数 - 模板参数定义的是类型
void Swap(T& x, T& y)
{
    T temp = x;
    x = y;
    y = temp;
}

int main()
{
    int a = 1, int b = 2;
    double c = 1.5, d = 2.5;
    Swap(a, b);
    Swap(c, d);

    return 0;
}

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

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版。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。

简单来说编译器就是通过template<typename T>定义的模板类型和我们提供的函数原型，然后在调用该函数时传入的参数来自动推演实例化出需要调用的函数。

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

template<typename 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);
    
	return 0;
}

2. 显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

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。

template<typename T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
	return left + right;
}
template<typename T1, typename T2>
T1 Add(const T1& left, const T2& right)
{
	return left + right;
}
template<typename T>
T* Alloc(int n)
{
	return new T[n];
}
int main()
{
	int* p1 = Alloc<int>(10);

	int a1 = 10, a2 = 20;
	double d1 = 10.0, d2 = 20.0;
	Add(a1, a2);
	Add(d1, d2);

	//强制转换参数类型
	Add(a1, (int)d1);
	//显示实例化
	Add<int>(a2, d2);

	return 0;
}

2.5函数模板的匹配原则

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

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
};
template<class T>
class Stack //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板
{
public:
	Stack(size_t capacity = 3)
		:_array(new T[capacity])
		, _capacity(3)
		, _size(0)
	{}

	void Push(const T& data)
	{
		_array[_size] = data;
		_size++;
	}

	//用来演示类中声明，在类外定义。
	void Print();
	//其他函数..

	~Stack()
	{
		if (_array)
		{
			free(_array);
			_array = NULL;
			_capacity = _size = 0;
		}
	}
private:
	T* _array;
	int _capacity;
	int _size;
};

//类外定义
void Stack<int>::Print()
{
	for (int i = 0; i < _size; i++)
	{
		printf("%d ", _array[i]);
	}
}

//普通类：类名和类型是一样的
//类模板：类名和类型是不一样的
//类名：Stack
//类型：Stack<T>
int main()
{
	Stack<int>s1;
	Stack<char>s2;
	Stack<double>s3;

	return 0;
}

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。

//类模板：类名和类型是不一样的
//类名：Stack
//类型：Stack<T>
Stack<int>s1;
Stack<char>s2;
Stack<double>s3;