C++模板初探究

引言

        我们如果想要实现一个通用的交换函数，其中包含字符型，整型，双浮点型，该怎么办呢？我们当然可以选择使用函数重载，像这样：

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;
}

但是这样我们会发现会出现很多冗余的代码，我们能不能实现一个统一的函数来实现交换函数呢？

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。

模板格式

template<typename T1, typename T2,......,typename Tn>

以上面的交换函数为例：

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

而值得注意的是：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)

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

模板的实例化

        模板的实例化就是模板的具体使用.

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.即我们可以直接规定参数的类型，然后让编译器根据实参自己去推算出模板参数的实际类型，例如：

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 = 20.0;
    Add(a1, a2);
    Add(d1, d2);

   此时有两种处理方式：1. 用户自己来强制转化 2. 使用显式实例化
    Add(a, (int)d);
    return 0;
}

2.显示实例化

        在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型. 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, 如下：

int main(void)
{
    int a = 10;
    double b = 20.0;

   显式实例化
    Add<int>(a, b);
    return 0;
}

3.模板参数的匹配原则

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，下面以加法函数为例：

   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;
}

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
}

上面的代码Add后面不加类型的直接调用非模板函数，后面加类型的调用模板函数.

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。

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

与模板函数类似，类模板的定义格式为：

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

应用

// 类模版
template<typename T>
class Stack
{
public:
Stack(size_t capacity = 4)
{
    _array = new T[capacity];
    _capacity = capacity;
    _size = 0;
}

    void Push(const T& data);
private:
    T* _array;
    size_t _capacity;
    size_t _size;
};

类模板的实例化

Stack<int> st1; 
Stack<double> st2;