泛型编程之模版

泛型编程

面向对象编程（OOP）和泛型编程都能处理在编写程序时不知道类型的情况。不同之处在于：OOP能处理类型在程序运行之前都未知的情况；而在泛型编程中，在编译时就能获知类型了。（这句话还得慢慢去理解）

模板是C++中泛型编程的基础。一个模板就是一个创建类或者函数的蓝图或者说公式。当使用一个vector这样的泛型类型，或者find这样的泛型函数时，我们提供足够的信息，将蓝图转换为特定的类或函数。

1 函数模板

函数模板的定义

假定我们希望编写一个函数来比较两个变量的大小，在实际中，由于变量的类型不同，我们可能需要定义多个重载函数，比如下面两种：

//比较两个变量v1，v2的大小，相等返回0，v1大返回1，v2大返回-1
int compare(const string &v1, const string &v2)
{
    if (v1 < v2) return -1;
    if (v2 < v1) return 1;
    return 0;
}

int compare(const double &v1, const double &v2)
{
    if (v1 < v2) return -1;
    if (v2 < v1) return 1;
    return 0;
}

这两个函数几乎是相同的，唯一的差异是参数的类型，函数体完全一样。为了避免重复定义，我们可以定义一个通用的函数模板（function template），compare的函数模板可以定义如下：

template <typename T>
int compare(const T &v1, const T &v2)
{
    if (v1 < v2) return -1;
    if (v2 < v1) return 1;
    return 0;
}

函数模板需要注意一下几点：

• 在模板定义中，模板参数列表（也就是尖括号里面的部分）不能为空。
• 类型参数（也就是T）前必须使用关键字class或者typename（两者可以互换使用）。

函数模板的实例化

当我们调用一个模板函数时，编译器可以通过函数实参来为我们推断模板实参的类型。比如在下面的调用中：

cout <<  compare(1, 0) << endl;	//T为int

实参类型为int，编译器会推断出模板实参为int，并将它绑定到模板参数T。

编译器也会用推断出的模板参数来为我们 实例化（instantiate) 一个特定版本的函数，如下：

int compare(const int &v1, const int &v2)
{
	if (v1 < v2) return -1;
    if (v2 < v1) return 1;
    return 0;
}

这些编译器生成的版本通常被成为模板的实例（instantiation）。

2 类模板

类模板（class template） 是用来生成类的蓝图的。与函数模板不同的是，编译器不能为类模板推断模板参数类型。为了使用类模板，我们必须在模板名之后的尖括号提供额外信息（比如vector<int>）。

类模板的定义

假定我们希望定义一个名为Blob的模板，保存一组元素。与容器不同，我们希望Blob对象的不同拷贝之间共享相同的元素。即，当我们拷贝一个Blob时，原Blob对象及其拷贝应该引用相同的底层元素。Blob模板定义如下：

template <typename T> class Blob {
public:
    typedef T value_type;
    typedef typename std::vector<T>::size_type size_type;
    // 构造函数
    Blob();
    Blob(std::initializer_list<T> il);
    // Blob中的元素数目
    size_type size() const { return data->size(); }
    bool empty() const { return data->empty(); }
    // 添加和删除元素
    void push_back(const T &t) { data->push_back(t);}
    // 移动版本
    void push_back(T &&t) { data->push_back(std::move(t)); }
    void pop_back();
    T& back();
    T& operator[](size_type i);
private:
    std::shared_ptr<std::vector<T>> data;
    // 若data[i]无效，则抛出msg
    void check(size_type i, const std::string &msg) const;
};

类模板的实例化

当使用一个类模板时，我们必须提供额外信息，即显式模板实参（explicit template argument） 列表，它们被绑定模板参数。编译器使用这些模板实参来实例化出特定的类。比如，下面是Blob模板实例化的一个例子：

Blob<int> ia;									//空Blob<int>
Blob<int> ia2 = {0, 1, 2, 3, 4}		//有5个元素的Blob<int>

3 成员模板

一个类（无论是普通类还是类模板）可以包含本身是模板的成员函数。这种成员被称为成员模板（member template）。成员模板不能是虚函数。

普通类的成员模板

class DebugDelete {
public:
    DebugDelete(std::ostream &s = std::cerr) : os(s) { }
    // 与任何函数模板相同，T的类型由编译器推断
    template <typename T> void operator()(T *p) const { os << "deleting unique_ptr"} << std::endl;  delete p; }
private:
	std::ostream &os;
};

类模板的成员模板

template <typename T> class Blob {
    template <typename It> Blob(It b, It e);
    //...
};