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[C++]模板初阶详解-创新互联

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如何实现一个通用的交换函数呢？
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;
}

.........
上述代码使用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。
那能否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呢？
于是C++便加入了模板来解决这一问题。
模板分类：

2. 函数模板 2.1函数模板的概念

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。

2.2 函数模板格式

template
返回值类型函数名(参数列表){}
举例：
templatevoid Swap( T& left, T& right)
{
 T temp = left;
 left = right;
 right = temp;
}
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)

2.3 函数模板的原理

那么如何解决上面的问题呢？大家都知道，瓦特改良蒸汽机，人类开始了工业革命，解放了生产力。机器生产淘汰掉了很多手工产品。本质是什么，重复的工作交给了机器去完成。有人给出了论调：懒人创造世界。
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。

2.4 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。

隐式实例化：让编译器根据实参推演模板参数的实际类型

例如：

templateT Add(const T& left, const T& right)
{
	return left + right;
}
int main()
{
	int a1 = 10, a2 = 20;
	double d1 = 10.15, d2 = 20.2;
	cout<< Add(a1, a2)<< endl;
	cout<< Add(d1, d2)<< endl;
	cout<< Add(a1, d1)<< endl;
	return 0;
}

上面代码不能编译通过，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。
因此，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。

对此，有两种解决方法：

1. 用户自己来强制转化

cout<< Add(a1, (int)d1)<< endl;
	cout<< Add((double)a1,d1)<< endl;

2. 使用显式实例化

cout<< Add(a1,d1)<< endl;
	cout<< Add(a1,d1)<< endl;

3. 创建两个模板

templateT1 Add( const T1& left, const T2& right)
{
	return left + right;
}
int main()
{
	int a1 = 10, a2 = 20;
	double d1 = 10.15, d2 = 20.2;
	cout<< Add(a1, d1)<< endl;
	cout<< Add(a2, d2)<< endl;
    return 0；
}

注意：

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

函数Add中形参的const不能丢，因为在隐式类型转换时会生成一个临时对象，这个临时对象具有常性，就导致无法传参，属于权限的放大。

2.5 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
// 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
templateT 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(1, 2); // 调用编译器特化的Add版本
}
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
templateT1 Add(T1 left, T2 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
}
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

3. 类模板 3.1 类模板的定义格式

我们用栈来举例：

//类模板
templateclass Stack
{
public:
	Stack(int capacity = 4)
	{
		cout<< "Satck(int capacity = )"<< capacity<< endl;
		_a = (Type*)malloc(sizeof(Type) * capacity);
		if (_a == nullptr)
		{
			perror("malloc fail");
			exit(-1);
		}
		
	}
	
	void Push(const Type x)
	{
		//扩容
		_a[_top++] = x;
	}
	~Stack()
	{
		cout<< "~Stack()"<< endl;
		free(_a);
		_a = nullptr;
		_top = _capacity = 0;
	}
private:
	Type _a;
	int _top;
	int _capacity;
};
int main()
{
	//类模板一般没有推演时机，函数模板实参传递形参，推演函数模板
	//显示示例化
	Stackst1;//double
	st1.Push(1.1);
	Stackst2;//int
	st2.Push(1);
	return 0;
}

3.2 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。

Stack类名;Stack，Stack才是类型
Stackst1;
Stackst2;

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