C++模板初阶

目录

1. 泛型编程

2.函数模板

3. 类模板

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1. 泛型编程

void Swap(int& left, int& right)
{
int temp = left;
left = right;
right = temp;
}


void Swap(double& left, double& right)
{
double temp = left;
left = right;
right = temp;
}


void Swap(char& left, char& right)
{
char temp = left;
left = right;
right = temp;
}

我们可以看到，swap的函数重载实现了很多，但是有很多不足的问题

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

所以我们能否做一个模板，让编译器懂得如何根据不同类型来帮助我们生成不同类型的函数呢？

C++就有这样的模板，通过给这个模板不同的数据类型，来获取不同数据类型的函数，让我们在敲代码的时候省下很多时间。

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”，“类模板” 

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。

2.2  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& left, const T& right)
{
return left + right;
}
int main()
{
int a1 = 10, a2 = 20;
double d1 = 10.0, d2 = 20.0;
Add(a1, a2);
Add(d1, d2);
Add(a1, d2);
return 0;

Add(a1,d2)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

背锅

 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(a, (int)d);

2. 显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

int main(void)
{
int a = 10;
double b = 20.0;
// 显式实例化
Add<int>(a, b);
return 0;
}

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(T left, 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
}

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

// 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 T1, class T2>
T1 Add(T1 left, T2 right)
{
return left + right;
}
void Test()
{
Add(1, 2); // 与非函数模板类型完全匹配，不需要函数模板实例化
Add(1, 2.0); // 模板函数可以生成更加匹配的版本，编译器根据实参生成更加匹配的Add函数
}

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

3.1 类模板的定义格式

template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 类模板名
{
// 类内成员定义
};
#include<iostream>
using namespace std;
// 类模版
template<typename T>
class Stack
{
public:
Stack(size_t capacity = 4)
{
_array = new T[capacity];
_capacity = capacity;
_size = 0;
}
void Push(const T& data);
private:
T* _array;
size_t _capacity;
size_t _size;
};
// 模版不建议声明和定义分离到两个文件.h 和.cpp会出现链接错误，具体原因后面会讲
template<class T>
void Stack<T>::Push(const T& data)
{
// 扩容
_array[_size] = data;
++_size;
}
int main()
{
Stack<int> st1; // int
Stack<double> st2; // double
return 0;
}

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 。

// Stack是类名，Stack<int>才是类型
Stack<int> st1; // int
Stack<double> st2; // double

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