- 本期主题：c++模板和泛型编程
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小编的能力有限，出现错误希望大家不吝赐身为程序员，不会有人没女朋友吧！！
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
前提引入
//c语言阶段我们要写一个交换函数
//就只能交换一种类型
void Swap1(int* n1, int* n2)
{
int tmp = *n1;
*n1 = *n2;
*n2 = tmp;
}
//想要交换其他类型就需要再写一份，格式一模一样的的函数
//并且函数名还不能相同（不支持重载），还必须用输出型参数（指针），这是C语言的缺陷
void Swap2(double* n1,double* n2)
{
double tmp = *n1;
*n1 = *n2;
*n2 = tmp;
}
//用C语言写代价很大，还不支持函数重载。（函数名不能相同）
//c++模板就来了。用c语言来写 ，代码复用率较低，可维护性差。c++就可以通过模板来实现一个通用的交换函数。就是泛型编程。
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。模板是泛型编程的基础。
注意：
模板不支持分离编译。
-
🍁2.函数模板
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。
就是在调用的时候编译器根据模板实例化出来一个对应的函数，执行我们的调用。所以我们的模板是给编译器用的。
函数模板格式
template<typename T1 , typename T2 ..... >
返回值类型 函数名(参数列表){}
//template <class T> //也可以使用class
//注意不能使用struct
template <typename T>
void Swap(T& n1, T& n2)
{
T tmp = n1;
n1 = n2;
n2 = tmp;
}
int main()
{
int a1 = 10;
int a2 = 20;
cout << "a1:" << a1 << endl;
cout << "a2:" << a2 << endl;
cout << "Swap" << endl;
Swap(a1, a2);
cout << "a1:" << a1 << endl;
cout << "a2:" << a2<<endl;
char a = 'a';
char b = 'b';
cout << "a:" << a << endl;
cout << "b:" << b << endl;
cout << "Swap" << endl;
Swap(a, b);
cout << "a:" << a << endl;
cout << "b:" << b << 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
template <typename T>
void Swap(T& n1, T& n2)
{
T tmp = n1;
n1 = n2;
n2 = tmp;
}
int main(){
int a = 10;
double b = 1.1;
Swap(a, b);//这里会报错
//这个是在推演实例化的时候报错了
//根本不会到赋值或者传参那一步。
Swap<double>(a, b);
//手动实例化，也会出问题。
//因为我们的推演出来的函数参数是 引用传参。
//传参的时候 会生成一个const 类型的引用，
//把一个const 类型的传递给普通类型就会出问题。
return 0;
}
template <typename T>
T add(const T& n2, const T& n1) {
return n1 + n2;
}
int main()
{
int a = 1;
int b = 2;
double c = 1.1;
double d = 2.2;
add(a, b); //推演实例化一个int类型
add(c, d);//推演实例化一个double类型
//add(a, c); //这里会出问题，推演那一步就会出问题
//走不到传参那一步。
/*
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
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
Add(a1, d1);
*/
cout << add<int>(a, c) << endl;//手动推演显示实例化。
cout << add<double>(a, c) << endl;//手动推演显示实例化。
//自动强转了（隐式类型转换），会生成一个const 类型的参数。
//函数参数也是一个const类型的参数，没有涉及到权限的放大，所以不会出问题。
//对比于前面的那个。
cout << add((double)a, c) << endl;//手动强转，自动推演实例化
cout << add(a, (int)c) << endl;//手动强转
//这个很好理解，编译器也知道，这个要推演的类型。
return 0;
}也可以搞多个参数：
template <typename T1, typename T2>
T1 add(const T1& n2, const T2& n1) {
return n1 + n2;
}
int main()
{
int a = 10;
double b = 10.1;
cout << add(a, b);
//返回的时候存在一个隐式类型转换
return 0;
}参数的匹配原则：
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。
而且编译器会自动匹配非模板函数。
template <typename T1>
T1 add(const T1& n2, const T1& n1) {
cout << "template" << endl;
return n1 + n2;
}
int add(int& n1, int& n2) {
cout << "myfunction" << endl;
return n1 + n2;
}
int main()
{
int a = 10;
int b = 20;
add(a, b);//编译器有现成的，就直接调用现成的了。
add<int>(a, b); //这里也可以指定，去调用模板实例化。
//说明，模板推演出来的函数，和普通函数 可以同时存在，
//说明模板推演出来的函数，函数名修饰规则和普通函数的函数名修饰规则也不一样。
//一般情况可能不会这样用。
return 0;
}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)
{
cout << "myfunction" << endl;
return left + right;
}
// 通用加法函数
template<class T1, class T2>
T1 Add(T1 left, T2 right)
{
cout << "template" << endl;
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
}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
int add(int a, int b)
{
return a + b;
}
template <typename T>
T add(T a, T b)
{
return a + b;
}
int main()
{
int a = 10;
double b = 10.1;
add(a, b);//调用，我们的写的函数。
add<int>(a, b);
//这里和上面差不多一个意思，涉及隐式类型转换。
//屏蔽掉我们写的函数，再用这个就会出问题。推演实例化会报错。
add(a, b);
return 0;
}-
🍁3.类模板
定义格式
template<typename T1, typename T2.....>
//也可以使用class。
class 类模板名
{
// 类内成员定义
};举例：
//在C语言中我们想提高可维护性。
//按照c语言直接用 typedef 把他通用化。
typedef int typedate;
//只要修改这里的int 为其他类型 就可以算是半个泛型编程。
//但是 有一种场景
//Stack st1;
//我们想要让st1 存 int 类型
//Stack st2;
//我们想要让st2 存 double 类型
//这个时候typedef 就出现问题了
//typedef 这里仅仅是维护性变好了。
//但是不是泛型编程，泛型编程是编写与代码无关的程序。
//所以c++有类模板的概念。
template<class T>
class Stack// 注意：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
{
public:
Stack(int capacity = 4)
:_top(0)
, _capacity(capacity)
,_array(nullptr)
{
_array = new T[_capacity];
}
Stack(const Stack& st){
_top = st._top;
_capacity = st._capacity;
_array = new T[_capacity];
memcpy(_array, st._array, sizeof(T) * _top);
}
void push_back(T n = 0){
_array[_top] = n;
_top++;
}
void pop_back() {
if (_top > 0)
_top--;
}
void Swap(Stack& st){
swap(_array, st._array);
swap(_top, st._top);
swap(_capacity, st._capacity);
}
Stack& operator=(const Stack& st){
Stack tmp(st);
Swap(tmp);
return *this;
}
void print(){
cout << (void*)_array << endl;
cout << _top << endl;
cout << _capacity << endl;
cout << "date:";
for (int i = 0; i < _top; i++){
cout << _array[i] << ' ';}
cout << endl;
}
~Stack(){
if(_array){
delete[] _array;
_array = nullptr;
_top = 0;
_capacity = 0;
}
}
private:
T* _array;
int _top;
int _capacity;
};
int main()
{
Stack<int> a(10);
a.push_back(1);
a.push_back(2);
a.push_back(2);
a.push_back(2);
a.push_back(2);
a.print();
Stack<double> b(10);
b.push_back(1.1);
b.push_back(2.2);
b.push_back(2.2);
b.push_back(2.2);
b.push_back(2.2);
b.print();
return 0;
}
- 类模板没有推演实例化的时机，所以需要我们显式实例化。
- 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。
- 可以看作Stack<int> 是类的名字。Stack不是类名称。
int main()
{
Stack<int> a(10);
Stack<double> b(10);
Stack<long> b(10);
Stack<char> b(10);
//这不是同一个类型，
return 0;
}注意：类模板中函数放在类外进行定义时，需要加模板参数列表
template<typename T>
class Stack
{
public:
Stack(int capacity = 4)
{
//....
}
~Stack(); //类内部声明，类外面定义
private:
T* _array;
size_t _top;
size_t _capacity;
};
//在类外面定义的时候，需要加上模板参数列表。
template<typename T>
Stack<T>::~Stack()
{
//...
}
注意：模板不支持分离编译
输出信息：
错误原因：
也就是stack.cpp 里面只是定义这个模板没有实例化出对应的类（stack<int>),链接的时候就会出问题
怎么解决呢？
- 第一种解决方法：在stack.cpp里面显示实例化
- 第一种解决方法：不要分离定义，全部都定义在 xxxx.h 文件里面。
在stack.cpp里面显示实例化，但是也这样不太好，每次使用不同类型就要补一个显示实例化，用一个补一个，太麻烦了。
不要分离定义，全部都定义在 xxxx.h 文件里面。比较推荐使用这种方法。不分离定义到两个文件中。
归根结底就是：
不管是类模板还是函数模板，他们在都是在编译阶段，由编译器去生成对应的函数或者类。假如在某个文件中，编译阶段没有调用这个模板，也就不会生成这个类或者函数，所以别的文件来查此文件的符号表的时候，就不会存在这个函数或者类。上述的stack.o文件本质上压根就没有这个类（因为在编译阶段没有找到调用模板的语句，编译器就不会去实例化一个真正的类，还只是一个类模板）。当 源.o文件去找 这个类的成员和函数的时候，肯定就找不到啦。有点时候存在类模板 声明和定义的 xxx.h文件 也被命名为 xxx.hpp 。当我们看到 xxx.hpp的时候就铁铁的是一个模板文件了。当然我们也可以直接定义在类里面，但是一类过大的时候，不方便我们查看。
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