C++之模板＜template＞

🌈前言

通过这篇文章，我们可以了解到模板的机制和基础语法！！！

🌸 模板

模板是构建一个通用函数或类的蓝图或者说是公式，是基于蓝图来创建的！！！

🌷1、泛型编程

如何实现一个通用的编程呢？

//在没有泛型编程时，只能使用函数重载逐个写
void Sweap(int& pa, int& pb)
{
   
	int temp = pa;
	pa = pb;
	pb = temp;
}

void Sweap(double& pa, double& pb)
{
   
	double temp = pa;
	pa = pb;
	pb = temp;
}

void Sweap(char& pa, char& pb)
{
   
	char temp = pa;
	pa = pb;
	pb = 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. 重载的函数仅仅是参数列表中的类型不同，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

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那能不能生成一个模子，让编译器根据不同的类型利用该模子来生成代码呢？

• 如果在C++中，也能够存在这样的一个模具
• 通过给这个模具中填充不同材料(类型)，来获得不同材料料的铸件(即生成具体类型的代码），那将会节省许多头发巧的是前人早已将树栽好，我们只需在此乘凉

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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：函数模板和类模板

🌺2、函数模板

🍀2.1、函数模板的概念

• 函数模板代表了一个函数的家族，该函数模板与类型无关
• 在使用时被参数化，根据实参类型来推导模板类型参数的特定版本

注意：函数模板只是一个蓝图，在实例化时，根据推导的参数的类型来生成特定的版本

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🍁2.2、函数模板的格式

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

template <typename T>
void Sweap(T& pa, T& pb)
{
   
	T temp = pa;
	pa = pb;
	pb = temp;
}

程序解析：

• 模板定义从template关键字开始，后面的尖括号<>为模板参数列表
• 尖括号<>中的typename关键字是模板的类型参数，可以将其看做类型说明符
• 类型参数可以用来指定函数返回类型或函数参数类型…

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)

//C++早期就是使用class来定义模板参数的
template <class T>
void Sweap(T& pa, T& pb)
{
   
	T temp = pa;
	pa = pb;
	pb = temp;
}

//不可以，可能struct只是为了兼容C而存在的，模板中不支持它
template <struct T>
void Sweap(T& pa, T& pb)
{
   
	T temp = pa;
	pa = pb;
	pb = temp;
}

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🍂 2.3、函数模板的原理

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

• 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

template <typename T>
void Sweap(T& pa, T& pb)
{
   
	T temp = pa;
	pa = pb;
	pb = temp;
}

int main()
{
   
	double a1 = 1.11, a2 = 2.22;
	Sweap(a1, a2);
	return 0;
}

注意：反汇编中的call Sweap< double >是指定了特定的类型来进行函数模板的实例化

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🍌2.4、函数模板的实例化

概念：

• 用不同的类型的参数使用函数模板时，称为函数模板的实例化
• 模板实例化分为：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（调用的参数）推演模板参数的实际类型

template<class 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;
	//隐式实例化
	Add(a1, a2);
	Add(d1, d2);

/*
	  该语句不能通过编译，因为在编译期间，当编译器看到该实例化时，需要推演其实参类型
	  通过实参a1将T推演为int，通过实参d1将T推演为double类型，但模板参数列表中只有
	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
	  注意：在模板中，编译器一般不会进行类型转换操作，因为一旦转化出问题，编译器就需要
	背黑锅
	  Add(a1, d1);
*/

	// 此时有两种处理方式：1. 用户自己来强制类型转化 2. 使用显式实例化
	Add(a1, int(d1));
	Add<int>(a1, d1);
	return 0;
}

注意：当形参与实参类型不符合时，引用会指向一个生成的临时变量，必须加const

2. 显式实例化：在函数名后加上<>，<>中指定模板参数的实际类型

template <typename T>
void Sweap(T& pa, T& pb)
{
   
	T temp = pa;
	pa = pb;
	pb = temp;
}

int main()
{
   
	double a1 = 1.11, a2 = 2.22;
	Sweap<double>(a1, a2); // 显式实例化
	return 0;