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模板概念

模板就是建立通用的模具，大大提高复用性

• C++另一种思想称为泛型编程,主要利用的技术就是模板
• C++提供了两种模板机制 ： 函数模板和类模板

【模板特点】：

• 模板不能直接使用，它只是一个框架
• 模板的通用并不是万能的

函数模板

作用：建立一个通用函数，其函数返回值类型和形参类型可以不具体指定，用一个虚拟的类型来代表。

语法： 函数的声明或定义 template<typename T>

解释：

• template : 声明创建模板
• typename : 表明其后面的符号是一种数据类型，可以用class代替
• T : 通用的数据类型，名称可以替换，通常为大写字母

【demo】：

#include <iostream>
using namespace std;

//利用模板提供通用的交换函数
template <typename T>
void mySwap(T &a, T &b)
{
    T temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}
void test01()
{
    int a = 10;
    int b = 20;
    //swapInt(a, b);
    //利用模板实现交换
    //1、自动类型推导
    mySwap(a, b);
    cout << "a = " << a << endl;
    cout << "b = " << b << endl;
    //2、显示指定类型
    mySwap<int>(a, b);
    cout << "a = " << a << endl;
    cout << "b = " << b << endl;
}
int main()
{
    test01();
    return 0;
}

【小结】：

• 函数模板使用关键字 template
• 使用方式：自动类型推导、显示指定类型
• 目的：为了提高复用性、将类型参数化

【注意事项】：

• 自动类型推导，必须是一致的数据类型 T ，才可以使用
• 模板必须要确定出 T 的数据类型，才可以使用 【demo】:

#include <iostream>

using namespace std;

//利用模板提供通用的交换函数
template <class T>
void mySwap(T &a, T &b)
{
    T tmp = a;
    a = b;
    b = tmp;
}

// 自动推导必须使用一致的数据类型T
void test01()
{
    int a = 10;
    int b = 20;
    char c = 'c';
    mySwap(a, b); // 正确，可以推导出一致的数据类型T
    cout << "a=" << a << " b=" << b << endl;
    // swap(a, c); //错误，推导不出一致的T类型
}

template <class T>
void func()
{
    cout << "func 调用 " << endl;
}

void test02()
{
    // func();      // 错误，模板不能独立使用，必须确定出T的类型
    func<int>(); // 利用显示指定类型 的方式，给T一个类型，才可以使用模板
}

int main()
{
    test01();
    test02();
    return 0;
}

【小结】：使用模板时必须确定通用数据类型 T ，并且能够推导出一致的数据类型

函数模板案例

【案例描述】：

    利用函数模板封装一个排序的函数，可以对不同数据类型数组进行排序
    排序规则从大到小，排序算法为选择排序
    分别利用char数组和int数组进行测试

【demo】:

#include <iostream>

using namespace std;

template <class T>
void mySwap(T &a, T &b)
{
    T tmp = a;
    a = b;
    b = tmp;
}

template <class T>
// 利用选择排序，对数组从大到小进行排序
void mySort(T arr[], int len)
{
    for (int i = 0; i < len - 1; i++)
    {
        // 记录每次遍历的最大值索引
        int max = i;
        for (int j = i + 1; j < len; j++)
        {
            // 如果数组中有比当前最大值大的数，就记录下索引
            if (arr[max] < arr[j])
            {
                max = j;
            }
        }
        // 若初始的值不是最大值，就将其与最大值进行交换
        if (max != i)
        {
            mySwap(arr[max], arr[i]);
        }
        // 交换完毕后，最大值索引设置为指针指向的新值，在进行判断
    }
}

template <class T>
void printArray(T arr[], int len)
{
    for (int i = 0; i < len; i++)
    {
        cout << arr[i] << " ";
    }
    cout << endl;
}

void testInt()
{
    int intArr[] = {7, 5, 8, 4, 3, 6, 2, 1, 0, 9};
    int len = sizeof(intArr) / sizeof(int);

    cout << "int类型 排序前：" << endl;
    printArray(intArr, len);
    mySort(intArr, len);
    cout << "int类型 排序后：" << endl;
    printArray(intArr, len);
}

void testChar()
{
    char charArr[] = {'c', 'd', 'a', 'e', 'b'};
    int len = sizeof(charArr) / sizeof(char);

    cout << "char类型 排序前：" << endl;
    printArray(charArr, len);
    mySort(charArr, len);
    cout << "char类型 排序后：" << endl;
    printArray(charArr, len);
}

int main()
{
    testInt();
    testChar();
    return 0;
}

普通函数与函数模板的区别

• 普通函数调用时可以发生自动类型转换（隐式类型转换）
• 函数模板调用时，如果利用自动类型推导，不会发生隐式类型转换
• 如果利用显示指定类型的方式，可以发生隐式类型转换 【demo】：

#include <iostream>

using namespace std;

// 普通函数
int myAdd01(int a, int b)
{
    return a + b;
}

// 函数模板
template <class T>
T myAdd02(T a, T b)
{
    return a + b;
}

void test01()
{
    int a = 10;
    int b = 20;
    char c = 'c';
    int res1 = myAdd01(a, c); // 隐式的自动类型转换，将c 转换成int 类型
    cout << "普通函数（自动隐式转换） a+c= " << res1 << endl;

    int res2 = myAdd02<int>(a, b);
    cout << "模板函数（自动类型推导，不会自动隐式转换） a+b= " << res2 << endl;

    // int err = myAdd02(a, c);       // 报错，使用自动类型推导时，不会发生隐式类型转换
    int res3 = myAdd02<int>(a, c); // 显示指定类型，可以发生隐式类型转换
    cout << "模板函数（显示指定类型，会自动隐式转换） a+c= " << res3 << endl;
}

int main()
{
    test01();
    return 0;
}

【小结】:

    建议使用显示指定类型的方式，调用函数模板，因为可以自己确定通用类型T

普通函数与函数模板的调用规则

• 如果函数模板和普通函数都可以实现，优先调用普通函数
• 可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板
• 函数模板也可以发生重载
• 如果函数模板可以产生更好的匹配，优先调用函数模板 【demo】：

#include <iostream>

using namespace std;
// 普通函数与函数模板调用规则
void myPrint(int a, int b)
{
    cout << "调用普通函数 a = " << a << " , b = " << b << endl;
}
template <class T>
void myPrint(T a, T b)
{
    cout << "调用函数模板 a = " << a << " , b = " << b << endl;
}

template <class T>
void myPrint(T a, T b, T c)
{
    cout << "调用函数模板 a = " << a << " , b = " << b << " , c = " << c << endl;
}

void test01()
{

    // 1、如果普通函数与模板函数都可以实现，则优先调用普通函数
    // 注：如果告诉编译器，但只是声明而没有实现，或者不在当前文件内实现，就会报错找不到
    int a = 10;
    int b = 20;
    int c = 30;
    myPrint(a, b); // 调用普通函数

    // 2、可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板
    myPrint<>(a, b); // 空模板，强制调用函数模板

    // 3、函数模板可以发生重载
    myPrint(a, b, c);

    // 4、如果函数模板可以产生更好的匹配，优先调用函数模板
    char a1 = 'a';
    char b1 = 'b';
    myPrint(a1, b1);
}

int main()
{
    test01();
    return 0;
}

【小结】 ： 既然提供了函数模板，就不要提供普通函数，否则容易出现二义性

函数模板的局限性

模板的通用性不是万能的

    如：下面的模板如果传入数组，就不能实现，如果传入的结构体也是无法实现的

        

template<class T>
void f(T a, T b){
    if(a>b){
        cout<<"a>b"<<endl;
    }
}

为了解决这种问题，C++提供了模板的重载，可以为这些特定的类型提供具体化的模板

【demo】：

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Person
{
public:
    string m_name;
    int m_age;
    Person(string name, int age)
    {
        this->m_name = name;
        this->m_age = age;
    }
};

//普通函数模板
template <class T>
bool myCompare(T &a, T &b)
{
    if (a == b)
    {
        return true;
    }
    else
    {
        return false;
    }
}

// 具体化，显示具体化的原型，以template<>开头，并通过名称来指出类型
// 具体化优先于常规模板
template <>
bool myCompare(Person &p1, Person &p2)
{
    if (p1.m_name == p2.m_name && p1.m_age == p2.m_age)
    {
        return true;
    }
    else
    {
        return false;
    }
}

void test01()
{
    int a = 10;
    int b = 20;
    // 内置数据类型可以直接使用通用的函数模板
    bool ret = myCompare(a, b);
    if (ret)
    {
        cout << "a == b" << endl;
    }
    else
    {
        cout << "a != b" << endl;
    }
}

void test02()
{
    // 自定义数据类型不会调用普通的函数模板
    // 可以创建具体化的Person数据类型的模板，用于特殊处理这个类型
    Person p1("tom", 20);
    Person p2("tom", 20);
    bool ret = myCompare(p1, p2);
    if (ret)
    {
        cout << "p1 == p2" << endl;
    }
    else
    {
        cout << "p1 != p2" << endl;
    }
}

int main()
{
    test01();
    test02();
    return 0;
}

总结

• 利用具体化的模板，可以解决自定义类型的通用化
• 学习模板不是为了写模板，而是在STL能够运用系统提供的模板

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