泛型编程

函数重载的缺点：

• 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。

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。

存在这样一个模具，通过给这个模具中填充不同的材料（类型），来获得不同材料的铸件（即生成具体类型的代码）。

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。

模板分为函数模板和类模板。

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。

格式

• template 模板

template<typename T1,typename T2,......,typename Tn>
返回值类型 参数名(参数列表){}

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

typename是用来定义模板参数的关键字，也可以使用class（不能使用struct代替class）

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特定具体类型函数的模具，所以其实模板就是将本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。

实例化

使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

模板参数类似函数参数，函数参数定义的是形参对象，模板参数定义的是类型。

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 = 9.9;
	//可以
	Add(a1,a2);
	Add(d1,d2);
	//报错
	//Add(a1,d1);
	return 0;
}

显式实例化：在函数名后的<>中只当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;
	double d = 2.2;

	int sub = Add<double>(a,b);
	return 0;
}

下面这种情况是显式实例化的主要用途。

template<class T>
T* Func()
{
	T* p = new T[10];
	return p;
}

int main()
{
	int* n = Func<int>();
	return 0;
}

参数匹配原则

int Add(int left , int right)
{
	return left + right;
}

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

• 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。

• 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处一个实例。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

• 模板函数不允许自动类型转换，但是普通函数可以进行自动类型转换。

类模板

格式

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

实例化

类模板实例化于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。

// vector是类名，Vector<int>才是类型
Vector<int> v1;
Vector<double> v2;

非类型模板参数

模板参数分为：类型形参、非类型形参

• 类型形参：出现在模板参数列表中，跟在class或者typename之类的参数类型名称
• 非类型形参，就是用一个常量作为类（函数）模板的一个参数，在类（函数）模板中可以将该参数大工程常量来使用。

namespace yc
{
	template<class T,size_t N = 10>
	class array
	{
	private:
		T _array[N];
		size_t _size;
	}
}

• 非类型的模板参数必须在编译期间就能确认结果

模板的特化

通常情况下，使用模板可以实现一些与类型无关的代码，但是对于一些特殊类型可能回得到一些错误的结果，需要特殊处理。

特化：在原模板类的基础上，针对特殊类型所进行特殊化的实现方式。模板特化中分为函数模板特化与类模板特化。

函数模板特化

步骤：

1. 必须先有一个基础的函数模板
2. 关键字template后面接一对空的尖括号< >
3. 函数名后跟一对尖括号，间或好中指定需要特化的类型
4. 函数形参表：必须要和模板函数的基础参数类型完全相同，如果不同编译器可能会报一些奇怪的错误

	template<class T>
	bool Less(T left, T right)
	{
		return left < right;
	}

	template< >
	bool Less<Date*>(Date* left, Date* rihgt)
	{
		return *left < *right;
	}

一般情况下如果函数模板遇到不能处理或者处理有误的类型，为了实现简单通常都是将该函数直接给出。

bool Less(Date* left,Date* right)
{
	return *left < *right;
}

这种实现方式简单明了，代码的可读性高，容易书写，因为对于一些参数类型复杂的函数模板，特化时特别给出，因此函数模板不建议特化

类模板特化

全特化

• 全特化：将模板参数列表中所有的参数都确定化

template<class T1,class T2>
class Date
{
public:
	Date()
	{
		cout << "class Date" << endl;
	}
private:
	T1 _d1;
	T2 _d2;
};

template<>
class Date<int,char>
{
public:
	Date()
	{
		cout << "class Date<int,char>" << endl;
	}
private:
	int _d1;
	char _d2;
};


int main()
{
	Data<int, int> d1;
	Data<int, char> d2;
	return 0;
}

偏特化

• 偏特化：任何针对模板参数进一步进行条件限制设计的特化版本。

基础类模板

template<class T1,class T2>
class Date
{
public:
	Date()
	{
		cout << "class Date" << endl;
	}
private:
	T1 _d1;
	T2 _d2;
};

部分特化

• 将模板参数类表中的一部分参数特化

template<class T1>
class Date<T1, char>
{
public:
	Date()
	{
		cout << "class Date<T1, char>" << endl;
	}
private:
	int _d1;
	char _d2;
};

参数进一步限制

• 偏特化不仅仅是指特化部分参数，而是针对模板参数更进一步的条件限制所设计出来的一个特化版本。

模板分离编译

一个程序（项目）由若干个源文件共同实现，而每个源文件单独编译生成目标文件，最后将所有目标文件链接起来形成单一的可执行文件的过程称为分离编译模式。

.h文件

.cpp文件


报错

C/C++程序要运行需要经过：预处理、编译、汇编、链接，这些步骤。

• 在template.cpp文件中，编译器没有看到对Add模板函数的实例化，因此不会生成具体的加法函数
• 在main.obj文件中调用的Add<int，int>，编译器在链接时才会找地址，但是这个函数并没有进行实例化，没有生成具体的代码，因此链接时报错。

解决办法

1. 将声明和定义存放到一个文件中xxx.hpp里面或者xxx.h里面
2. 模板定义的位置显式实例化。

模板总结

优点

1. 模板复用了代码，节省资源，更快的迭代开发，C++的标准模板库STL因此而生
2. 增强了代码的灵活性

缺点

1. 模板会导致代码膨胀问题，也会导致编译时间变长
2. 出现模板编译错误时，错误信息会非常混乱，不容易定义错误。