函数模版实例化

一、前言

二、什么是C++模板

💦泛型编程的思想

💦C++模板的分类

三、函数模板

💦函数模板概念

💦函数模板格式

💦函数模板的原理

💦函数模板的实例化

🍎隐式实例化

🍉显式实例化

💦模板支持多个模板参数

💦模板参数的匹配原则

四、类模板

💦类模板的概念

💦类模板格式

💦类模板的实例化

💦类模板的分离编译

五、总结

六、共勉

一、前言

在我们学习C++时，常会用到函数重载。而函数重载，通常会需要我们编写较为重复的代码，这就显得臃肿，且效率低下。重载的函数仅仅只是类型不同，代码的复用率比较低，只要有新类型出现时，就需要增加对应的函数。此外，代码的可维护性比较低，一个出错可能会导致所有的重载均出错。

那么，模板的出现，就让这些问题有了解决方案，所以本次博客将为大家详细的讲解C++的模板！！

二、什么是C++模板

程序设计中经常会用到一些程序实体：它们的实现和所完成的功能基本相同，不同的仅仅是所涉及的数据类型不同。而模板正是一种专门处理不同数据类型的机制。

模板------是泛型程序设计的基础（泛型generic type——通用类型之意）。

函数、类以及类继承为程序的代码复用提供了基本手段，还有一种代码复用途径——类属类型（泛型），利用它可以给一段代码设置一些取值为类型的参数（注意：这些参数的值是类型，而不是某类型的数据），通过给这些参数提供一些类型来得到针对不同类型的代码。

💦泛型编程的思想

首先我们来看一下下面这三个函数，如果学习过了C++函数重载和 C++引用的话，就可以知道下面这三个函数是可以共存的，而且传值会很方便


      
      
        
        
         
         
        
        
        
        
         
         
          
          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;
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
         
          
          }

但是真的很方便吗？这里只有三种类型的数据需要交换，若是我们需要增加交换的数据呢？再CV然后写一个函数吗？
这肯定是不现实的，所以很明显函数重载虽然可以实现，但是有一下几个不好的地方：

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
代码的可维护性比较低，一个出错可能所有的重载均出错

那是否能做到这么一点，告诉编译器一个模子，让编译器根据不同的类型利用该模子来生成代码

⭐总结：
所以，总结上面的这么一个技术，C++的祖师爷呢就想到了【模版】这个东西，告诉编译器一个模子，然后其余的工作交给它来完成，根据不同的需求生成不同的代码

这就是👉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

💦C++模板的分类

1️⃣: 函数模板（function tempalte）：使用泛型参数的函数（function with generic parameters）

2️⃣:类模板（class template）：使用泛型参数的类（class with generic parameters）

三、函数模板

知晓了模版的基本概念后，首先我们要来看的就是【函数模版】

💦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
通过函数模板，可以编写一种通用的函数定义，使其能够适用于多种数据类型，从而提高代码的复用性和灵活性。

💦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)

因此，交换函数就可以这样套用模板：


      
      
        
        
         
         
        
        
        
        
         
         
          
          template
          
          <typename T
          
          >
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
         
          
          void Swap(T
          
          & 
          
          left, T
          
          & 
          
          right)
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
         
          
          {
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
         
          
          	T temp 
          
          = 
          
          left;
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
         	
          
          left 
          
          = 
          
          right;
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
         	
          
          right 
          
          = temp;
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
         
          
          }
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
          
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
         
          
          int main()
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
         
          
          {
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
         	
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
         
          
          	int x 
          
          = 
          
          2, y 
          
          = 
          
          3;
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
         
          
          	cout 
          
          <
          
          < x 
          
          <
          
          < 
          
          " " 
          
          <
          
          < y 
          
          <
          
          < endl 
          
          <
          
          < endl;
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
         
          
          	Swap(x, y);
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
         
          
          	cout 
          
          <
          
          < x 
          
          <
          
          < 
          
          " " 
          
          <
          
          < y 
          
          <
          
          < endl 
          
          <
          
          < endl;
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
         
          
          	cout 
          
          <
          
          < 
          
          "-------------------------------" 
          
          <
          
          < endl;
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
          
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
         
          
          	char a 
          
          = 
          
          'a', b 
          
          = 
          
          'b';
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
         
          
          	cout 
          
          <
          
          < a 
          
          <
          
          < 
          
          " " 
          
          <
          
          < b 
          
          <
          
          < endl 
          
          <
          
          < endl;
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
         
          
          	Swap(a, b);
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
         
          
          	cout 
          
          <
          
          < a 
          
          <
          
          < 
          
          " " 
          
          <
          
          < b 
          
          <
          
          < endl 
          
          <
          
          < endl;
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
         
          
          	cout 
          
          <
          
          < 
          
          "-------------------------------" 
          
          <
          
          < endl;
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
          
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
          
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
         
          
          	double c 
          
          = 
          
          2.1, d 
          
          = 
          
          3.1;
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
         
          
          	cout 
          
          <
          
          < c 
          
          <
          
          < 
          
          " " 
          
          <
          
          < d 
          
          <
          
          < endl 
          
          <
          
          < endl;
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
         
          
          	Swap(c, d);
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
         
          
          	cout 
          
          <
          
          < c 
          
          <
          
          < 
          
          " " 
          
          <
          
          < d 
          
          <
          
          < endl 
          
          <
          
          < endl;
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
         
          
          	cout 
          
          <
          
          < 
          
          "-------------------------------" 
          
          <
          
          < endl;
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
         	
          
          return 
          
          0;
         
         
        
        

        
        
         
         
        
        
        
        
         
         
          
          }

我们通过这个函数模版，分别传入不同数据类型的参数，通过结果的观察可以发现这个函数模版可以根据不同的类型去做一个自动推导，继而去起到一个交换的功能。

💦函数模板的原理

💬 那我现在想问一个问题，请问它们调用的真的是同一个函数吗？
当然不是，这里我们三次Swap不是调用同一个函数，其实Swap的时候根据不同的类型通过模板定制出专属你的类型的函数，然后再调用，这里可以通过反汇编观察到：

可以发现，在进行汇编代码查看的时候，被调用的函数模版生成了两个不同的函数，它们有着不同的函数地址，因此可以回答上一小节所提出的问题了，两次所调用的函数是不一样的，是根据函数模版所生成的

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。

补充：

其实库里面有一个swap函数，因此我们也不需要自己写模板了：

直接套用swap即可：


     
     
       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         int main()
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         {
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        	
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	int x 
         
         = 
         
         2, y 
         
         = 
         
         3;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	cout 
         
         <
         
         < x 
         
         <
         
         < 
         
         " " 
         
         <
         
         < y 
         
         <
         
         < endl 
         
         <
         
         < endl;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	swap(x, y);
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	cout 
         
         <
         
         < x 
         
         <
         
         < 
         
         " " 
         
         <
         
         < y 
         
         <
         
         < endl 
         
         <
         
         < endl;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	cout 
         
         <
         
         < 
         
         "-------------------------------" 
         
         <
         
         < endl;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
         
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	char a 
         
         = 
         
         'a', b 
         
         = 
         
         'b';
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	cout 
         
         <
         
         < a 
         
         <
         
         < 
         
         " " 
         
         <
         
         < b 
         
         <
         
         < endl 
         
         <
         
         < endl;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	swap(a, b);
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	cout 
         
         <
         
         < a 
         
         <
         
         < 
         
         " " 
         
         <
         
         < b 
         
         <
         
         < endl 
         
         <
         
         < endl;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	cout 
         
         <
         
         < 
         
         "-------------------------------" 
         
         <
         
         < endl;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
         
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
         
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	double c 
         
         = 
         
         2.1, d 
         
         = 
         
         3.1;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	cout 
         
         <
         
         < c 
         
         <
         
         < 
         
         " " 
         
         <
         
         < d 
         
         <
         
         < endl 
         
         <
         
         < endl;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	swap(c, d);
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	cout 
         
         <
         
         < c 
         
         <
         
         < 
         
         " " 
         
         <
         
         < d 
         
         <
         
         < endl 
         
         <
         
         < endl;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	cout 
         
         <
         
         < 
         
         "-------------------------------" 
         
         <
         
         < endl;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        	
         
         return 
         
         0;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         }

💦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：
1️⃣: 隐式实例化 2️⃣: 显式实例化

🍎隐式实例化

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
         
         <
         
         class T
         
         >
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         T 
         
         Add(const T
         
         & 
         
         left, const T
         
         & 
         
         right)
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         {
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        	
         
         return 
         
         left 
         
         + 
         
         right;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         }
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         int main()
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         {
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	int a
         
         1 
         
         = 
         
         10, a
         
         2 
         
         = 
         
         20;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	double d
         
         1 
         
         = 
         
         10.0, d
         
         2 
         
         = 
         
         20.0;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        	
         
         Add(a
         
         1, a
         
         2); 
         
         /
         
         /编译器推出T是int
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        	
         
         Add(d
         
         1, d
         
         2); 
         
         /
         
         /编译器推出T是double
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
            
         
         return 
         
         0;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         }

⚠ 注意：但是我调用的时候如若这样就会出错：


     
     
       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         int main()
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         {
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
             int a
         
         1 
         
         = 
         
         10, a
         
         2 
         
         = 
         
         20;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	double d
         
         1 
         
         = 
         
         10.0, d
         
         2 
         
         = 
         
         20.0;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        	
         
         Add(a
         
         1, d
         
         1); 
         
         /
         
         /err 编译器推不出来
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        	
         
         /
         
         *
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         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a
         
         1将T推演为int，通过实参d
         
         1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
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
             */
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         }

此时我们发现在模板函数里面,形参不匹配，就会出现报错

编译器无法确定这里的T到底是int还是double。此时有两种处理方式：

法一：用户自己来强制转化


     
     
       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         int main()
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         {
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	int a
         
         1 
         
         = 
         
         10, a
         
         2 
         
         = 
         
         20;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	double d
         
         1 
         
         = 
         
         10.0, d
         
         2 
         
         = 
         
         20.0;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
            
         
         Add(a
         
         1, (int)d
         
         1); 
         
         /
         
         /强制类型转换。或者
         
         Add((double)a
         
         1, d
         
         1);
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         }

法二：使用显式实例化
接下来进行讲解。

🍉显式实例化

显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

继刚才的例子，法二：使用显式实例化


     
     
       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         template
         
         <
         
         class T
         
         >
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         T 
         
         Add(const T
         
         & 
         
         left, const T
         
         & 
         
         right)
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         {
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        	
         
         return 
         
         left 
         
         + 
         
         right;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         }
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         int main()
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         {
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	int a
         
         1 
         
         = 
         
         10, a
         
         2 
         
         = 
         
         20;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	double d
         
         1 
         
         = 
         
         10.0, d
         
         2 
         
         = 
         
         20.0;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
            
         
         /
         
         /显示实例化
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        	
         
         Add
         
         <int
         
         >(a
         
         1, d
         
         1); 
         
         /
         
         /double隐式类型转换成int 
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        	
         
         Add
         
         <double
         
         >(a
         
         1, d
         
         2); 
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
            
         
         return 
         
         0;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         }

💦模板支持多个模板参数


     
     
       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         template
         
         <
         
         class K, 
         
         class V
         
         > 
         
         /
         
         /两个模板参数
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         void Func(const K
         
         & 
         
         key, const V
         
         & 
         
         value)
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         {
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	cout 
         
         <
         
         < 
         
         key 
         
         <
         
         < 
         
         ":" 
         
         <
         
         < 
         
         value 
         
         <
         
         < endl;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         }
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         int main()
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         {
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	Func(
         
         1, 
         
         1); 
         
         /
         
         /K和V均int
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	Func(
         
         1, 
         
         1.1);
         
         /
         
         /K是int，V是double
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	Func
         
         <int, char
         
         >(
         
         1, 
         
         'A'); 
         
         /
         
         /多个模板参数也可指定显示实例化不同类型
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         }

💦模板参数的匹配原则

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;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         }
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         int main()
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         {
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        	
         
         Add(
         
         1, 
         
         2); 
         
         /
         
         /会调用哪个
         
         Add函数？
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         }

首先，这俩Add可以同时存在，关键是我调用Add时调的是模板函数Add，还是专门的Add？

通过反汇编得知，调用的是专属Add函数。得出结论：编译器在调用时，有现成的就调用现成的，没有就套用模板。当然，我们也有办法强制让编译器走模板函数，如下：


     
     
       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         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
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         }

原则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 T
         
         1, 
         
         class T
         
         2
         
         >
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         T
         
         1 
         
         Add(T
         
         1 
         
         left, T
         
         2 
         
         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
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         }

四、类模板

💦类模板的概念

类模板是对成员数据类型不同的类的抽象，它说明了类的定义规则，一个类模板可以生成多种具体的类。与函数模板的定义形式类似， 类模板也是使用template关键字和尖括号“<>”中的模板形参进行说明，类的定义形式与普通类相同。

💦类模板格式

首先来看到的就是其定义格式，函数模版加在函数上，那对于类模版的话就是加在类上

我们以下面这个Stack类为例来进行讲解

如果你学习了模版的相关知识后，一定会觉得这个类的限制性太大了，只能初始化一个具有整型数据的栈，如果此时我想要放一些浮点型的数据进来的话也做不到，代码如下：


     
     
       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         /
         
         / C
         
         +
         
         + 正常情况下，如果需要不同类型的类（int char double 等）
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         typedef int DataType;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         class Stack
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         {
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         public:
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
            
         
         /
         
         / 构造函数
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
             Stack(int capacity 
         
         = 
         
         3)   
         
         /
         
         /初始化列表
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
                 :_array(new DataType[capacity])   
         
         /
         
         / 开辟一个DateType的动态数组，并进行初始化
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
                 , _capacity(capacity)
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
                 ,_
         
         size(
         
         0)
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
             {}
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
             void Push(DataType 
         
         data)
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
             {
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
                
         
         /
         
         / CheckCapacity();
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
                 _array[_
         
         size] 
         
         = 
         
         data;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
                 _
         
         size
         
         +
         
         +;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
             }
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
            
         
         /
         
         / 其他方法...
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
             ~Stack()
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
             {
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
                
         
         delete[]_array;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
                 _array 
         
         = nullptr;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
                 _
         
         size 
         
         = _capacity 
         
         = 
         
         0;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
             }
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         private:
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
             DataType
         
         * _array;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
             int _capacity;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
             int _
         
         size;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         };
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         int main()
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         {
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
             Stack s
         
         1;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
            
         
         return 
         
         0;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         }

💬 如果没有模版技术的话你会如何去解决这个问题呢？很简单那就是定义多个类
这是我们同学最擅长的事，CV一下两个栈就有了，StackInt存放整型数据，StackDouble存放浮点型数据


     
     
       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         class 
         
         StackInt
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         class 
         
         StackDouble

但是本文我们重点要讲解的就是【模版技术】，技术界有一句话说得好 “不要重复造轮子”

下面就是使用模版去定义的一个类，简称【模板类】，不限制死数据类型，将所有的DataType都改为【T】，代码如下：


     
     
       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         template
         
         <
         
         class T
         
         1
         
         >
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         class Stack
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         {
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         public:
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        	
         
         /
         
         / 构造函数
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	Stack(int capacity 
         
         = 
         
         4)
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         		:_a(new T
         
         1[capacity])
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         		,_capacity(capacity)
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         		,_
         
         size(
         
         0)
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	{}
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
         
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	void Push(T
         
         1 
         
         data)
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	{
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         		_a[_
         
         size] 
         
         = 
         
         data;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         		_
         
         size
         
         +
         
         +;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	}
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        	
         
         /
         
         / ...其他方法
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        	
         
         /
         
         / 析构函数
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	~Stack()
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	{
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        		
         
         delete[]_a;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         		_a 
         
         = nullptr;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         		_capacity 
         
         = _
         
         size 
         
         = 
         
         0;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	}
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         private:
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	T
         
         1
         
         * _a;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	int _capacity;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	int _
         
         size;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         };
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
         
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         int main()
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         {
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	Stack
         
         <int
         
         > s
         
         1;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	Stack
         
         <double
         
         > s
         
         2;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        	
         
         return 
         
         0;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         }

💦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

可以看到因为我们将这个类定义为了类模版，此时便可以去初始化不同数据类型的栈了，上面说到过Stack是类名，但是像Stack<int>、Stack<double>这些都是它的类型

💦类模板的分离编译

上面这样写的栈代码，其实并不是最规范的写法，还记得我们在学习C++类和对象讲到过一个类要声明和定义分离，那对于模板类也同样适用，我们马上来看看

首先进行栈类的模板声明：


     
     
       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         #include 
         
         <iostream
         
         >
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         #include 
         
         <stdio.h
         
         >
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         #include 
         
         <stdlib.h
         
         >
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         using namespace std;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
         
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         template
         
         <
         
         class T
         
         1
         
         >
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         class Stack
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         {
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         public:
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        	
         
         /
         
         / 构造函数
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	Stack(int capacity 
         
         = 
         
         4);
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
         
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        	
         
         /
         
         /插入函数
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	void Push(T
         
         1 
         
         data);
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
         
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        	
         
         /
         
         / 其他方法....
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
         
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        	
         
         /
         
         / 析构函数
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	~Stack();
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         private:
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	T
         
         1
         
         * _a;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	int _capacity;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	int _
         
         size;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         };

其次进行栈类的模板定义：先看一下构造函数的定义


     
     
       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         /
         
         / 构造函数
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         Stack
         
         ::Stack(int capacity)
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	:_a(new T
         
         1[capacity])
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	,_capacity(capacity)
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	,_
         
         size(
         
         0)
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         {}

不过呢可以看到直接像我们之前那样去进行类外定义似乎行不通，说缺少类模版“Stack”的参数列表，因为这个成员函数内部也使用到了模版参数T，那么这个函数也要变为函数模版才行

这里要强调一点的是对于普通类来说类名和类型是一样的，像构造函数，它的函数名就是类名；可是对于模板类来说是不一样，类名和类型不一样，这里Stack只是这个模版类的类名罢了，但我们现在需要的是类型，此处就想到了我们在上面所学的【显式实例化】，这个模板类的类型即为Stack<T>

所以正确的写法为：


     
     
       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         #include 
         
         "Stack.h"
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
         
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         template
         
         <
         
         class T
         
         1
         
         >
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         /
         
         / 构造函数
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         Stack
         
         <T
         
         1
         
         >
         
         ::Stack(int capacity)
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	:_a(new T
         
         1[capacity])
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	,_capacity(capacity)
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	,_
         
         size(
         
         0)
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         {}
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         template
         
         <
         
         class T
         
         1
         
         >
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         /
         
         / 插入函数
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         void Stack
         
         <T
         
         1
         
         >
         
         ::Push(T
         
         1 
         
         data)
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         {
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	_a[_
         
         size] 
         
         = 
         
         data;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	_
         
         size
         
         +
         
         +;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         }
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         /
         
         / 析构函数
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         template
         
         <
         
         class T
         
         1
         
         >
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         Stack
         
         <T
         
         1
         
         >
         
         ::~Stack()
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         {
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        	
         
         delete[]_a;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	_a 
         
         = nullptr;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         	_capacity 
         
         = _
         
         size 
         
         = 
         
         0;
        
        
       
       

       
       
        
        
       
       
       
       
        
        
         
         }

⚠ 注意：类模板，是不支持，声明，定义，测试分开写的，会出现链接编译错误，如下：

解决方法：将测试和定义写在一起

这样就不会报错啦！

五、总结

首先呢我们介绍了什么是【函数模版】，新学习了一个关键字叫做template，用它再配合模版参数就可以去定义出一个函数模版，有了它，我们在写一些相同类型函数的时候就无需去进行重复的CV操作了，在通过汇编观察函数模版的原理后，清楚了我们只需要传入不同的类型，此时模版参数就会去进行一个自动类型推导，从而产生不同的函数。函数模版定义好后还要对其实例化才能继续使用，但此时要注意的一点是如果传递进去的类型个数与模版参数的个数不匹配的话，其就无法完成自动类型推导，因为这会产生一个歧义。所以想要真正学好模版，这点是一定要搞清楚的！！！
接下去呢我们又学习了【类模版】，没想到吧，类也可以变成一个模版，以Stack类为例，对于类模版而言，其类名和类型与普通类是不一样的，这点要注意了，尤其体现在类的成员函数放在类外进行定义的时候，也要将其定义为函数模版，函数名前面指明其类型，这才不会出问题。有了类模版之后，我们去显式实例化不同的数据类型后也可以让模版参数去做一个自动类型推导从而得到不同数据类型的栈