模板（C++）

1.概述

问题：怎么理解C++里边的多态？
静态的多态(编译时期的多态)：函数重载，模板 。
动态的多态(运行时期的多态)：继承中的虚函数。

（1）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。
（2）模板是一种对类型进行参数化的工具；模板通常有两种形式：函数模板和类模板；函数模板针对仅参数类型不同的函数；类模板针对仅数据成员和成员函数类型不同的类。
（3）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。比如编写了一个交换两个整型int 类型的swap函数，这个函数就只能实现int 型，对double，字符这些类型无法实现，要实现这些类型的交换就要重新编写另一个swap函数。使用模板的目的就是要让这程序的实现与类型无关，比如一个swap模板函数，即可以实现int 型，又可以实现double型的交换。模板可以应用于函数和类。
注意：模板的声明或定义只能在全局，命名空间或类范围内进行。也就是说不能在局部范围，函数内进行，比如不能在main函数中声明或定义一个模板。

2.什么是模板？？

（1）模板是C++的一种特性，允许函数或类(对象)通过泛型(generic types)的形式表现或运行。
（2）模板可以使得函数或类在对应不同的型别(types)的时候正常工作，而无需为每一个型别都写一份代码。
（3）模板是一种泛型编程的机制，也是一种复用的手段。
（4）模板是通用语言的特性，模板又叫参数化类型（parametrized types）。

3.什么是函数模板？？

函数模板，实际上是建立一个通用函数，它所用到的数据的类型（包括返回值类型、形参类型、局部变量类型）可以不具体指定，而是用一个虚拟的类型来代替（实际上是用一个标识符来占位），**等发生函数调用时再根据传入的实参来逆推出真正的类型。**这个通用函数就称为函数模板（Function Template）。

4.什么是类模板？？

C++ 除了支持函数模板，还支持类模板（Class Template）。函数模板中定义的类型参数可以用在函数声明和函数定义中，类模板中定义的类型参数可以用在类声明和类实现中。类模板的目的同样是将数据的类型参数化。

5.模板的实例化

编译器调用模板函数时，编译器会根据实参的类型，推演出模板的类型，并再生产相应的代码，称为模板的实参推演。

B<int> a; //类模板只能显式实例化，没法推演 
fun<int>(2,6); //函数模板的显式实例化，不需要推演
fun(2,6) //函数模板的隐式实例化，需要进行推演

6.模板的参数列表

模板的参数列表有两种：模板类型参数、模板非类型参数

（1）模板类型参数
类型参数由关键字class和typename后接说明符构成。
例如：

template<class T>
void fun(T a){};

其中T就是一个类型形参，类型形参的名字由用户自已确定。模板形参表示的是一个未知的类型。模板类型形参可作为类型说明符用在模板中的任何地方，与内置类型说明符或类类型说明符的使用方式完全相同，也就是说可以用于指定返回类型，变量声明等。

不能为同一个模板类型形参指定两种不同的类型，比如

template<class T>
void fun(T a, T b){}，
// fun(25,12.2)  == > 错的！！！

对函数模板来讲：
语句调用fun(25, 12.2)将出错，因为该语句给同一模板形参T指定了两种类型，第一个实参25把模板形参T指定为int，而第二个实参12.2把模板形参指定为double，两种类型的形参不一致，会出错。

对类模板来讲：

template<class T>
T fun(T a, T b){}

A<int> a	// 实例化模板类对象为a
fun(25,12.2)

语句调用fun(25,12.2)在编译时不会出错，但会有警告，因为在声明类对象的时候已经将T转换为int类型，而第二个实参12.2把模板形参指定为double，在运行时，会对12.2进行强制类型转换为12。 当我们声明类的对象为：A a，此时就不会有上述的警告，因为从int到double是自动类型转换。

（2）模板的非类型参数
模板的非类型参数也就是内置类型参数，如

template<class T, int a> 

其中int a就是非类型的模板参数。

非类型形参在模板定义的内部是常量值，也就是说非类型形参在模板的内部是常量。

非类型模板的形参只能是整型，指针和引用，像double，String, String这样的类型是不允许的。但是double &，double ，对象的引用或指针是正确的。

调用非类型模板形参的实参必须是一个常量表达式，即它必须能在编译时计算出结果。

调用非类型模板形参的实参必须是一个常量表达式，即它必须能在编译时计算出结果。

注意：任何局部对象，局部变量，局部对象的地址，局部变量的地址都不是一个常量表达式，都不能用作非类型模板形参的实参。全局指针类型，全局变量，全局对象也不是一个常量表达式，不能用作非类型模板形参的实参。

全局变量的地址或引用，全局对象的地址或引用const类型变量是常量表达式，可以用作非类型模板形参的实参。

sizeof表达式的结果是一个常量表达式，也能用作非类型模板形参的实参。

当模板的形参是整型时，调用该模板时的实参必须是整型的，且在编译期间是常量，比如

template <class T, int a> 
class A{};

int b;
A<int, b> m;  // error,b不是常量

// 改为下面形式
const int b;
A<int , b>m; // 正确，因为这时b是常量。

非类型形参一般不应用于函数模板中，比如有函数模板

template<class T, int a> 
void fun(T b){};

fun(2); // error,无法进行实参推演

对这种模板函数可以用显式模板实参来解决，如用下述方式就可以把非类型形参a设置为整数3

fun<int, 3>(2)

非类型模板形参和实参间所允许的转换
① 允许从数组到指针，从函数到指针的转换。

template <int * a> 
class A{}; 
int b[1]; 
A<b> m; // 即数组到指针的转换

② const修饰符的转换.。

template<const int *a> 
class A{}; 
int b; 
A<&b> m; // 即从int* 到const int *的转换。

③ 提升转换。

template<int a> 
class A{}; 
const short b = 2; 
A<b> m; // 即类似从short到int的类型提升转换

④ 整值转换。

template<unsigned int a> 
class A{};   
A<3> m; //即从int 到unsigned int的转换

6.模板的特例化

为什么需要特例化，因为在对不同类型的参数进行一些相同的处理时，如增容，拷贝等，不同类型的处理方式可能有些不同，如string增容时和其他类型就不同，它需要考虑深拷贝，所以要另外处理，这时候就用特例化。

例如，我们有以下函数模板：

template<typename T>
bool compare(const T &a, const T &b)
{
	return a > b; 
}
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	compare<int>(a, b);
	return 0;
}

但该模板不适于字符串的比较，因此我们继续编写一个针对char*类型数据的特例化版本。

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