[C++知识库]C++模板介绍

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  前言

破防周（考试周）终于结束了，鄙人有幸存活了下来。上一次我们学习了C++中内存空间的分类，变量在内存中的存储位置以及C++中新引入的内存管理方式new和delete，今天我们来学习一下C++中泛型编程的典范：模板。

模板介绍

在此之前我们学习了C++中新引入的新语法：函数重载。函数重载可根据传入的参数类型来判断该使用哪一个函数。比如下面的Swap函数就可以根据参数类型来判断该调用哪一Swap函数。

void Swap(int &a, int &b)
{
    int c = a;
    a = b;
    b = a;
}

void Swap(double &a, double &b)
{
    double c = a;
    a = b;
    b = a;
}

....

虽然函数重载很方便，但是仍然有一些问题：

1. 重载的函数仅仅是类型不同，代码复用率低，一旦出现新类型，就需要用户自己增加。
2. 代码的可维护性低，一个重载出错可能导致所有的重载出错。

那么我们可不可以写一套所有类型通用的模具，就像印刷机的模板一样，当我们传入不同参数时，编译器会依照这个模板自动来生成对应的代码呢？

在C++中添加了：函数模板和类模板。他们便是我们实现上述懒人方法的关键。

函数模板

函数模板格式

函数模板格式如下：

template<typename T1,typename T2...>
返回值 函数名(参数列表)
{
    
}

1. template是C++中的关键字，用来声明某个模块为模板。
2. typename是用来定义模板参数关键字，也可使用class替代（不可使用struct)。
3. T1，T2…为类型名可用其他字符进行替换。

在这里呢，我先写一个Swap，交换函数的模板，来看看实际该怎么用。

template<typename T>
void Swap(T&a,T&b)
{
    T c = a;
    a = b;
    b = c;
}

函数模板原理

函数模板是一个印刷版，它本身并不是一个函数。当我们去使用这个模板的时候，编译器会根据我们的传递的参数的类型，在编译时自动去生成一个对应的函数来供我们使用。

比如下面的一个加法的模板：

当我们去调用这个模板函数时，使用的并不是它本身，而是编译器根据传入参数的类型而推演出来的下面两个函数。

模板示例化

使用不同的类型去使用函数模板时，称为函数模板实例化。模板示例化分为：隐式实例化和显式实例化。

1.隐式实例化

就是让编译器根据传递的参数类型自己去推演模板的类型。我们刚刚写的加法就是如此，我们没有指定T的类型，而是由编译器自己去推演。

2.显式实例化

我们自己在函数名后的<>指定模板参数的类型称为显式实例化。

在上面这段代码中我，如果我们不对函数进行显式实例化的化就会发生报错，因为a，b为两个不同类型的参数，编译器无法通过推演来判断T的类型，而我们使用显式实例化给T声明了类型，此时再调用Add函数时编译器会将T看做int型，而传入的非int型的b也会进行类型转换之后再传递给Add函数。

模板参数匹配原则

1. 一个非模板函数可以和一个同名的模板函数同时存在，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 a, int b)
   {
       return a + b;
   }
   
   template<typename T>
   T Add(T a, T b)
   {
       return a + b;
   }
   
   int main()
   {
       int a = 1, b = 2;    
       Add(a, b);//此时的调用的Add函数为我们自己所写的Add()
       Add<int>(a, b);//为编译器根据模板自动生成的
       return 0;
   }
   

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。

   int Add(int a, int b)
   {
       return a + b;
   }
   
   template<typename T1, typename T2>
   T1 Add(T1 a, T2 b)
   {
       return a + b;
   }
   
   int main()
   {  
       Add(1, 2);//此时的调用的Add函数为我们自己所写的Add()
       Add(1, 2.0);//模板可以生成更加适配的版本，使用使用模板生成的函数
       return 0;
   }
   

类模板

类模板格式

类模板格式如下：

template<class T1, class T2, class T3...>
class 类模板名
{
};

这里使用STL中的vector容器的部分作为示范，vector其实就是我们以前在用C语言实现的动态顺序表。

template <class T>
class vector
{
public:
    vector(size_t capacity = 10)
        : _pDate(new T[capacity]),
          _size(0),
          _capacity(capacity)
    {
    }

private:
    T *_pDate;
    size_t _size;
    size_t _capacity;
};

我们可以通过改变T的类型来改变vector容器中存储元素的类型。

类模板实例化

类模板实例化与函数模板实例化不同，之前我们可以让编译器自己去推断参数类型，但是类模板无法这样做，必须由我们自己去声明类型

vector<int> s1;//存储int类型的容器s1
vector<double> s2; //存储double的容器s2;

结语

欢迎各位参考与指导！！！