C++模板初阶

1. 泛型编程

我们先看看这段代码：
这是交换函数利用函数重载的实现：

void Swap(int& a, int& b)
{
	int tmp = a;
	a = b;
	b = tmp;
}
void Swap(double& c, double& d)
{
	double tmp = c;
	c = d;
	d = tmp;
}
int main()
{
	int a = 1;
	int b = 2;
	Swap(a, b);
	double c = 1.1, d = 2.3;
	Swap(c, d);

	return 0;
}

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

虽然我们可以做到两个变量的交换，但是对于这样一个代码原理几乎相同的代码没有必要多些，C++也又解决措施，就是通过模板来解决，我们可以想想如果有一个现有的模板，我们只有改变其中的部分不同变量的就可以不需要我们自己写，可以让编译器来实现这样就大大的提高了效率。

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。

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。

2.1 函数模板格式

template<typename T1, typename T2,......,typename Tn>

返回值类型 函数名 ( 参数列表 ){}

 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.

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 <class T>
T Add(const T& a,const T& b)
{
	return a + b;
}
int main()
{
		int a1 = 10, a2 = 20;
		double d1 = 10.0, d2 = 20.0;
		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. 用户自己来强制转化 2. 使用显式实例化
		Add(a1, (int)d1);
	    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。

2.5 模板参数的匹配原则

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(const T& left, const 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
}

int main()
{
	Test();
	return 0;
}

 通过调试我们就可以知道，编译器也是一个“懒人”，如果有现有匹配的函数，编译器就不会使用模板。

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

上面的例子就很好的体现出来了。

 这里的第二个结果为什么不是3.1呢，因为在函数返回的时候是以int的类型返回的。

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

为什么要有类模板呢？在我们实际应用的时候，例如利用栈来存储数据，我们有可能分别存放不同的数据，那么我们就需要不同的栈，如果写多个栈实在是太麻烦了，所以就有了类模板。

3.1 类模板的定义格式

看看这个顺序表的例子：

template <class T>
class Vector
{
public:
	Vector(size_t capacity = 4)
		:_arr(new T[capacity])
		, _size(0)
		, _capacity(4)
	{}
	~Vector();//类内声明类外写
	/*~Vector()
	{
		delete[]_arr;
		_size = _capacity = 0;
	}*/
	void PushBack(const T& date)
	{
		//检查增容，这里就不写了
		_arr[_size] = date;
		_size++;
	}
	void PushPop()
	{
		assert(_size > 0);
		_size--;
	}
	//解引用的运算符重载
	T& operator[](size_t pos)
	{
		assert(pos < _size);
		return _arr[pos];
	}
private:
	T* _arr;
	size_t _size;
	size_t _capacity;
};
template <class T>
Vector<T>:: ~Vector()
{
	if (_arr)
	{
		delete[]_arr;
		_arr = nullptr;
		_size = _capacity = 0;
	}
}
int main()
{
	Vector<int> s;
	s.PushBack(1);
	s.PushBack(2);
	cout << s[1] << endl;
	Vector<double> st;

	st.PushBack(1.1);
	st.PushBack(1.2);
	cout << st[1] << endl;
	return 0;
}

看看结果我们就发现这个解引用操作确实比较强大，我们可以通过这种形式去访问数组的内容

 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

// Vector类名，Vector<int>才是类型
Vector<int> s1;
Vector<double> s2;

3.3类模板中的成员函数和类不能分别定于在.h和.cpp文件中

为什么不能分别定义？如果不分开定义就会出现下面的链接错误：

 像这样一样分开定义就会出现这种情况：

 这就是链接错误，为什么会有这个错误呢？

这就涉及到了编译链接的知识：

 怎么解决呢？

第一种办法：显示实例化

 通过显示实例化就可以避免这个问题，但是并不实用

 因为在刚刚的运行时我把double类型的vector屏蔽了，如果放开还是会报错，这样我们就要写两段一样的函数，就失去了模板的价值。

第二种方法：声明和定义不分离（最佳选择）

 可以把声明和定义全部放在一个.hpp中，这样就让人一眼看出这就是模板类。