【C++】模板

目录

1、函数模板

基本用法

函数模板的实现原理

函数模板的实例化

模板参数的匹配原则

2、类模板

类模板的定义格式

类模板的实例化

1、函数模板

基本用法

template < typename T >

返回值类型 函数名(参数列表){}

template 是模板的意思，typename是用来定义模板参数关键字（也可以是 class），T 是模板参数。

可以一次性定义多个模板参数：

template<typename T1, typename T2,......,typename Tn>

T1、T2 实例化后的实际类型可以相同，也可以不同。 

模板参数也可以作为返回值。

示例：

 template<typename T>
 void Swap( T& left,  T& right)
 {
     T temp = left;
     left = right;
     right = temp;
 }

函数模板的实现原理

函数模板是一个蓝图，它本身不是函数，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

函数模板的实例化

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，对于自定义类型（类）、指针类型也是如此。

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);
    
    Add(a1, d1);

     /*
     Add(a1, d1);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
     Add(a1, d1);
    */
    
    // 此时有两种处理方式：
    
    //1. 用户自己来强制转化 
    Add(a1, (int)d1);
    Add((double)a,d1);
        
    //2. 使用显式实例化

    Add<int>(a1,b1);// b1 隐式类型转换
    Add<double>(a1,b1);// a1 隐式类型转换

    

不管是隐式类型转换还是显式类型转换都会产生临时变量，临时变量具有常性，要传递给常引用的函数参数（const 类型名&） 

也就是说，Add 函数的形参不能写成：

template<class T>
 T Add(T& left, T& right)
 {
    return left + right;
 }

2. 显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

 int main()
 {
     int a = 10;
     double b = 20.0;
    
     // 显式实例化
    
     Add<int>(a, b);
     
     return 0;
 }

使用显式实例化的场景：

template<class T> 

T* Alloc(int n)
{
    return new T[n];
}

int main()
{
    double* p = Alloc<double>(10);

    return 0;
}

 函数模板在类内声明，在类外定义时仍要加 template< typename T>：

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;
 }

 void Test()
 {
     Add(1, 2);// 与非模板函数匹配，编译器不需要实例化
     Add<int>(1, 2);  // 调用编译器实例化的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

 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函数  
}

2、类模板

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
};    

示例：

// 动态顺序表
// 注意：Vector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
template<class T>
 class Vector
 { 
public :
     Vector(size_t capacity = 10)
        : _pData(new T[capacity])
        ,  _size(0)
        ,  _capacity(capacity)
     {}

    // 使用析构函数演示：模板函数在类中声明，在类外定义。
    ~Vector();

    void PushBack(const T& data)；
    void PopBack()；
    // ...
    size_t Size() {return _size;}
 
    T& operator[](size_t pos)
    {
        assert(pos < _size);
        return _pData[pos];
    }
    
private:
    T* _pData;
    size_t _size;
    size_t _capacity;
 };

类模板函数在类内声明，在类外定义 

// 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;
}

对于普通的类，类名就是类型（如 Date 类，类名是 Date，类型名也是 Date），对于类模板，类名（模板名）不是类型（如上面的 Vector ，类名是 Vector，但类型名不是 Vector），类型名是 vector<T>（如 Vector< int >），在使用 :: 指定访问的域时，:: 左边必须是类型名（ Vector<T>::~Vector() ）。除此之外，还要再声明一下模板参数。（template <class T>）

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，类模板不是真正的类，而实例化的结果才是真正的类。

 // Vector类名，Vector<int>才是类型
 Vector<int> s1; //存储 int 类型数据的顺序表
 Vector<double> s2; //存储 double 类型数据的顺序表