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一、泛型编程
首先看以下代码：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;
}
void Swap(char& left, char& right)
{
char temp = left;
left = right;
right = temp;
}
//......
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？
就好比活字印刷术，可以灵活调整印刷的板块和内容，比只能固定印刷某一个内容的雕版印刷术效率更高
在C++中，已经存在这样一个模具：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。
模板又分函数模板和类模板
二、函数模板
2.1 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。
2.1 函数模板格式
template<typename T1, typename T2,......,typename Tn>
返回值类型 函数名(参数列表){}
测试代码：
template<typename T>
void 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)
对于 T 我们可以任意起，T 这个名称是自己取的，但是一般要符合意境，一般喜欢用 T (Type 的意思)
测试代码：
#include<iostream>
using namespace std;
template<typename T>
void Swap(T& left, T& right)
{
T temp = left;
left = right;
right = temp;
}
int main()
{
int a = 1, b = 2;
double c = 1.1, d = 2.2;
Swap(a, b);
Swap(c, d);
cout << "a=" << a << " " << "b=" << b << endl;
cout << "c=" << c << " " << "d=" << d << endl;
return 0;
}
2.3 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
在反汇编下查看，它们调用的是不同的函数
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 函数模板的实例化
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
（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
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);
return 0;
}
以下情况是不能通过编译的：Add(a1, d1);
template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
return left + right;
}
int main()
{
int a1 = 10;
double d1 = 10.0;
Add(a1, d1);
return 0;
}
编译报错
Add(a1, d1) 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
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
//强转
//Add(a1, d1);error
Add(a1, (int)d1);
（2）显式实例化：在函数名后的<>中指定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;
double d1 = 10.0;
//Add(a1, d1);
// 显式实例化
Add<int>(a1, d1);
return 0;
}
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。
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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
template<class T>
T Add(T left, T right)
{
return left + right;
}
int main()
{
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
return 0;
}
自己调试走一遍就清楚了
（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
template<class T1, class T2>
T1 Add(T1 left, T2 right)
{
return left + right;
}
int main()
{
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
return 0;
}
还有是那句话，自己调试走一遍就清楚了
（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
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2.6 函数模板不支持定义和声明分离
一般情况下，我们都会在头文件中生命函数，在另外一个源文件中定义函数。
但是模板是不支持这么做的！编译器会报链接错误
error LNK2019:无法解析的外部符号...
至于怎么解决有两个方法，这个到后面的模板进阶再讲
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三、类模板
3.1 类模板的定义格式
template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 类模板名
{
// 类内成员定义
};
比如：
这里想定义st1 是 int类型，st2 是 double类型，在 C语言显然这里做不到。C 语言中的 typedef 只是增强程序的可维护性，不能解决泛型的问题。
typedef int STDataType;
class Stack
{
private:
STDataType* _a;
int _top;
int _capacity;
};
int main()
{
Stack st1;//int
Stack st2;//double
return 0;
}
而这个在C++ 里面可以用类模板解决
测试代码：
template<class T>
class Stack
{
private:
T* _a;
int _top;
int _capacity;
};
int main()
{
Stack<int>st1;//int
Stack<double>st2;//double
return 0;
}
说明：
对于函数模板可以根据实参去推演形参的类型，但是类在用的时候，首先是定义对象，所以类模板的使用都是显示实例化。
在调试模式下查看，发现：st1 的 _a 是 int* 类型，st2 的 _a 是 double* 类型
注：它们的模板参数不同，用的不是同一个类。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
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
测试代码：
template<class T>
class Stack
{
public:
Stack();//类模板中函数放在类外进行定义时，需要加模板参数列表
~Stack();
private:
T* _a;
int _top;
int _capacity;
};
//类模板中函数放在类外进行定义时，每个函数都要需要加模板参数列表
template <class T>
Stack<T>::Stack()
{
//...
}
template <class T>//每个函数都要需要加模板参数列表
Stack<T>::~Stack()
{
//...
}
int main()
{
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是类名，Stack<int>,Stack<double>才是类型
Stack<int> s1;
Stack<double> s2;
注意区分
普通类，类名就是类型，类模板，类名不是类型，类型是 Stack（以上面的 Stack类 为例子）
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这篇文章是为学 STL 和 string 做准备。
文章就到这
