【C++】模板（一）

ChuHsiang
76 阅读4分钟

1.泛型模板

在学习C语言时我们遇到过交换数据的情景：

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;
}

虽然使用函数重载，可以暂时解决不同类型数据交换，但是有几点不好的地方：

  1. 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。
  2. 代码的可维护性比较低，一个出错可能所有的重载均出错。

在C++中，有模板，可以通过给模板填充不同类型，来生成具体类型的代码。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。

模板可分为函数模板和类模板。

2.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。

2.2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）{}

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（不能使用struct代替class）。

2.3函数模板原理

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摸具。所以其实模板就是将本来应该程序员做的重复的事情交给了编译器。

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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。例如：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：隐式实例化和显示实例化。

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, double d2 = 20.0;
    Add(a1,a2);
    Add(d1,d2);
    
    return 0;
}

2.显示实例化：在函数名后面的<>中指定模板参数的实际类型。

int main(void)
{
    int a = 10;
    double b = 20.0;
    
    Add<int>(a,b);
    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。

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。

int Add(int left,int right)
{
    return left + right;
}

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
}

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残生出一个实例。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。

int Add(int left, int right)
{
	return left + right;
}

template<class T1,class T2>
T1 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)//函数模板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.函数模板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

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

具体详见下面的动态顺序表案例：

template<class T>
class Vector
{
public:
    Vector(size_t capacity = 10)
        :_pData(new T[capacity])
        ,_size(0)
        ,_capacity(capacity)
    {}
    
    void PushBack(const T& data);
    void PopBack();
    
    size_t size()const
    {
        return _size;
    }
    
    T& operator[](size_t pos)
    {
        assert(pos < _size);
        
        return _pData[pos];
    }
    
    ~Vector();
private:
    T* _pData;
    size_t _size;
    size_t _capacity;
};

//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<class T>
Vector<T>::~Vector()
{
    if(_pData)
    {
        delete[] _pData;
    }
    _size = _capacity = 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，二实例化的结构才是真正的类。

//Vector类名，Vector<int>是类型
Vector<int> s1;
Vector<double> s2;
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