模板（C++）
- 泛型编程
- 函数模板
- 概念
- 格式
- 原理
- 实例化
- 匹配原则
- 类模板
- 定义格式
- 实例化
泛型编程
如何实现一个通用的交换函数呢？
void Swap(int& left, int& right)
{
int tmp = left;
left = right;
right = tmp;
}
void Swap(double& left, double& right)
{
double tmp = left;
left = right;
right = tmp;
}
void Swap(char& left, char& right)
{
char tmp = left;
left = right;
right = tmp;
}
int main()
{
int a = 1;
int b = 2;
Swap(a, b);
double c = 1.1;
double d = 2.2;
Swap(c, d);
char e = 'a';
char f = 'b';
Swap(e, f);
return 0;
}
使用函数重载可以实现，但是存在几个问题
- 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，就需要增加对应的函数
- 代码的可维护性比较低，一个出错可能所有的重载均出错
既然重载函数不能很好地完成这件事，是否有其他办法呢，比如给编译器一个模具，让编译器根据不同的类型利用该模具来生成代码呢？
泛型编程便是这个模具，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
函数模板
概念
函数模板代表一个函数家族，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
格式
template<typenameT1,typename T2,......,typename Tn>
返回值类型 函数名（参数列表）
{}
使用函数模板修改上面的代码如下
template<typename T>
void Swap(T& left, T& right)
{
T tmp = left;
left = right;
right = tmp;
}
typename是用来定义模板参数的关键字，也可以使用class
原理
函数模板是一个蓝图，本身并不是函数，是编译器用来生产特定具体类型函数的模具。所有模板就是将本来应该我们做的重复的事情交给编译器
在编译阶段，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
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：隐式实例化和显示实例化
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<typename T>
T Add(T& left, T& right)
{
return left + right;
}
void test()
{
int a1 = 1, a2 = 2;
double d1 = 1.1, d2 = 2.2;
cout << Add(a1, a2) << endl;
cout << Add(d1, d2) << endl;
}
下面这种情况，编译器便不能推演出模板参数的实际类型
template<typename T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
return left + right;
}
void test()
{
int a1 = 1, a2 = 2;
double d1 = 1.1, d2 = 2.2;
cout << Add(a1, d1) << endl;
}
编译器进行推演时，通过实参a1将T推演为int类型，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类型还是double类型而报错
模板中，编译器一般不会进行类型转换操作，如果转换失败，编译器则会背黑锅
解决方式也比较简单，既然编译器不会进行类型转换操作，自己手动来强制转换即可；或者采用显示实例化
显示实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型
void test()
{
int a1 = 1, a2 = 2;
double d1 = 1.1, d2 = 2.2;
//显示实例化
cout << Add<int>(a1, d1) << endl;
}
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
匹配原则
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 非模板函数
int Add(int left, int right)
{
return left + right;
}
//通用加法函数 模板函数
template<typename T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
return left + right;
}
void test()
{
int a = 1, b = 2;
//与非模板函数匹配，编译器不需要特化
cout << Add(a, b) << endl;
//调用编译器特化的Add版本
cout << Add<int>(a, b) << endl;
}
对于非模板函数和同名模板函数，如果其他条件都相同，在调用时会优先调用非模板函数而不会从该模板函数产生一个实例，如果模板可以产生一个具有更好匹配的函数，则会选择模板
//专门处理int的加法函数 非模板函数
int Add(int left, int right)
{
return left + right;
}
//通用加法函数 模板函数
template<typename T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
return left + right;
}
void test()
{
//与非模板函数类型匹配，不需要函数模板实例化
cout << Add(1, 2) << endl;
//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
cout << Add(1, 2.0) << endl;
}
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
类模板
定义格式
template<typename T>
//Stack不是具体的类，是编译器根据被实例化的类型生成具体类的模具
class Stack
{
public:
Stack(int capacity = 4)
{
cout << "Stack(int capacity = 4)" << endl;
_a = (T*)malloc(sizeof(T) * capacity);
if (_a == nullptr)
{
perror("malloc fail");
exit(-1);
}
_top = 0;
_capacity = capacity;
}
~Stack()
{
cout << "~Stack()" << endl;
free(_a);
_a = nullptr;
_top = _capacity = 0;
}
void Push(const T& x)
{
//...
//...
_a[_top++] = x;
}
private:
T* _a;
int _top;
int _capacity;
};
void test()
{
//类模板没有推演时机
Stack<int>st1;
st1.Push(1);
Stack<double>st2;
st2.Push(1.1);
}
类模板与函数模板有区别，类模板只能显示实例化
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面加上<>，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类名，Stack<int>是类型
Stack<int>st1;
Stack<double>st2;
