C++函数模板详解

C++函数模板

在我们对不同数据类型的程序逻辑和操作相同时，使用函数模板会非常的方便，只需要定义单个函数模板。函数模板实际上就是对数据类型进行了参数化。
模板的定义都以template开头，后面跟着尖括号括起来的类型参数，类型参数的参数名可以是typename、也可以是class，他们作用是一致的。

#include <iostream>
using namespace std;

template<typename T>
bool compare(T a, T b)
{
	return a > b;
}

int main()
{
	compare<int>(10, 20);
	compare(10.0, 10.2);
	compare("aaa", "bbb");

	return 0;
}

模板函数调用及实参推演

函数模板调用在函数名后面跟上尖括号，尖括号里传入指定的数据类型，和函数实参，如compare<int>(10, 20);。
但是不传入类型实参也可以实现模板函数的调用，如compare(10.0, 10.2);，这是因为函数模板可以进行实参推演，可以根据用户传入实参的类型，推导出实参的类型参数的具体类型。
但这样的代码：compare(10, 10.2);编译是不能通过的。因为函数模板中形参的类型是相同的，但传入的实参类型不同，编译器不知道要用哪个类型来实例化，我们可以通过指定具体类型的模板函数来解决这个问题，如：compare<int>(10, 10.2);或compare<double>(10, 10.2);

未指定模板类型时，编译器会优先匹配普通函数，没有匹配的普通函数再去类型推导实例化模板函数。

函数模板实例化

函数模板的实例化是在编译阶段完成的，在函数调用点，编译器会从用户指定的类型，从函数模板实例化一份模板函数代码出来，相同的类型参数只会实例化出一份代码，否则会出现函数重定义。
如上面的代码中，compare<int>(10, 20);实例化的模板函数代码如下：

bool compare<int>(int a, int b)
{
	return a > b;
}

函数模板中花括号中的代码，是不参与编译的。因为传入的类型参数可能是类，也可能是普通的数据类型，比如在 编译a > b；时，因为a和b的类型不确定，编译器不知道要进行的是普通的比较，还是执行对象的operator>，所有函数模板的函数体是不参与编译的。

函数模板特例化

在对compare("aaa", "bbb");实例化模板函数时，实例化出这样的代码：

bool compare<const char*>(const char* a, const char* b)
{
	return a > b;
}

在对const char* 进行 > 比较是没有太大意义的，我们实际想要的是 strcmp(a, b) > 0;，这时模板函数的逻辑和操作已经不能满足我们所有的需求了。
对于某些特定类型来说，以来函数模板默认实例化的模板函数代码，不能满足它的处理逻辑时，我们就需要定义模板的特例化
例如对上面compare函数定义的const char*类型的模板特例化：

template<>
bool compare(const char* a, const char* b)
{
	return strcmp(a, b) > 0;
}

在模板特例化时，应定义为template<>，而不是template<typename T>，否则在模板类型推导时，就会实例化出默认的模板函数。函数模板推导是根据形参列表来推导的，所以如果模板特例化时定义为template<typename T>，而形参列表中没有类型T，就不会进行类型推导了。

跨文件使用模板的坑

在头文件声明模板，在另一个文件定义，再在另一个文件包含头文件使用时，会发生链接错误。
因为函数模板实例化是在编译阶段完成的，而.cpp文件是单独编译，在定义模板的文件中并没有发生函数调用，也就不会实例化出模板函数，链接时就会发生错误。
所以模板的声明和定义要都包含在头文件中。 预编译时就会把模板包含到文件中。
compare.h

template<typename T>
bool compare(T a, T b);

compare.cpp

#include "compare.h"

template<typename T>
bool compare(T a, T b)
{
	return a > b;
}

main.cpp

#include "compare.h"

int main()
{
	compare(10, 20);
}

函数模板的非类型参数

函数的非类型参数都是常量，只能使用，不能修改。如：

#include <iostream>
using namespace std;

template<typename T, int SIZE>
void sort(T* arr)
{
	for (int i = 0; i < SIZE - 1; i++)
	{
		for (int j = 0; j < SIZE - i - 1; j++)
		{
			if (arr[j] > arr[j + 1])
			{
				T tmp = arr[j];
				arr[j] = arr[j + 1];
				arr[j + 1] = tmp;
			}
		}
	}
}

int main()
{
	int arr[] = { 4,5,1,3,6,7,2,8,9 };
	const int size = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	sort<int, size>(arr);

	for (int i = 0; i < size ; i++)
	{
		cout << arr[i] << " ";
	}
}

调用模板函数传参时必须要穿常量，否则编译不通过。