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泛型编程

在我们介绍模板之前，我们一起来回顾一下，如何实现int、doble、char类型的交换函数↓↓↓

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;
}

上面代码中，各个函数除了参数类型存在不同，其他都相同。这么编写程序存在哪些问题呢？

1. 重载的函数仅仅是类不同，代码复用率低，只要有新的类型出现时，就需要用户添加对应的函数
2. 代码的可维护性比较低，函数出错，需要修改多除代码

那能否让编译器自动生成参数类型不同，执行逻辑相同的代码呢？

生活中，我们在相同的模子中添加不同的馅料，制作出不同的馅饼。C++也有类似的操作——泛型编程。

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。而模板是泛型编程的基础。模板可分为函数模板和类模板，下文中将分别介绍它们。

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。

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){}

typename是用来定义函数模板参数的关键字，也可以替换成class，两者并没有差别。

★ps：这里的class和定义类时使用的class作用不同。

下面给出函数模板的使用示例↓↓↓

#include <iostream>
using namespace std;

template<typename T>
void Swap(T& left, T& right)
{
	T tmp = left;
	left = right;
	right = tmp;
}

int main()
{
	int num1 = 5, num2 = 10;
	Swap(num1, num2);
	cout << "num1 = " << num1 << "  num2 = " << num2 << endl;

	double dnum1 = 2.5, dnum2 = 8.8;
	Swap(dnum1, dnum2);
	cout << "dnum1 = " << dnum1 << "  dnum2 = " << dnum2 << endl;
	return 0;
}

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。

本质上，函数模板是借助编译器帮助我们生成处理不同类型的类同函数。编译器还是会产生对应类型的代码。

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。

下面给出隐式实例化示例代码↓↓↓

#include <iostream>
using namespace std;

template<typename T>
T Add(T left, T right)
{
	return left + right;
}

int main()
{
	int a = 1, b = 2;
	cout << "a + b = " << Add(a, b) << endl;
	double d1 = 1.2, d2 = 6.6;
	cout << "d1 + d2 = " << Add(d1, d2) << endl;
	return 0;
}

如果我们在调用上方代码的Add模板函数时，传入a和d1会报错，这是为什么呢？

Add(a1, d1);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。

★ps：在模板中，编译器一般不会进行类型转换操作

如果想使用 Add(a1, d1);调用Add函数，可以使用强制类型转换的方式： Add(a1, (int)d1);。除了这种方式，我们还可以使用显示实例化的方式。

2. 显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

void test()
{
	int a = 66;
	double d = 8.8;
	//显式实例化
	cout << Add<int>(a, d) << endl;
}

使用显示实例化时，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。

模板参数的匹配规则

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

#include <iostream>
using namespace std;

int Add(int left, int right)
{
	cout << "no template" << endl;
	return left + right;
}

template<typename T>
T Add(T left, T right)
{
	cout << "I am template" << endl;
	return left + right;
}

int main()
{
	int a = 10, b = 20;
	// 与非模板函数匹配，编译器不需要将模板特化为int类型
	cout << "a + b = " << Add(a, b) << endl;
	// 调用编译器特化的Add版本
	cout << "a + b = " << Add<int>(a, b) << endl;
	return 0;
}

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

#include <iostream>
using namespace std;

int Add(int left, int right);
{
	cout << "no template" << endl;
	return left + right;
}

template<typename T1, typename T2>
T1 Add(T1 left, T2 right)
{
	cout << "I am template" << endl;
	return left + right;
}

int main()
{
	// 与非函数模板类型完全匹配，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, 2.2) << endl;
	return 0;
}

对于上面程序中Add(1, 2.2)第一个参数为int型，第二个参数为double型，如果调用非函数模板，需要隐式类型转化；此时，如果使用函数模板，则可以产生Add(int left, double right)，模板产生的函数能跟传入参数更好匹配，故优先调用函数模板。

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

类模板

类模板定义格式

template<class T1, class T2, ......, class Tn>
class 类模板名
{
	//类内成员定义
};

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。（ps：必须在类模板名字的<>添加类型）

类模板示例↓↓↓

#include <iostream>
using namespace std;

template<class T>
class MyArray
{
public:
	MyArray(int n = 5)
		:_arr(new T[n])
		, _size(n)
	{}
	T& operator[](const int& index)
	{
		return _arr[index];
	}
private:
	T* _arr;
	size_t _size;
};

int main()
{
	MyArray<int> arr(10);
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		arr[i] = i;
	}
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		cout << arr[i] << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

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