探索C/C++的奥秘之模板初阶

1. 泛型编程

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：

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

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。

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){}

注意：typename是用来定义模板参数的关键字，也可以使用class，是类型的名称，template也是关键字。

template<typename T>//T是模板参数 //T是类型，具体什么类型我们也不知道 void Swap(T& x1, T& x2) {     T tmp = x1;     x1 = x2;     x2 = tmp; } int main() {     int a = 1, b = 2;     double c = 1.1, d = 2.2;     Swap(a, b);     Swap(c, d);     return 0; }

两个Swap调用的不是一个函数，调用的是人家用模板生成的具体的函数，这个过程叫做模板的实例化，模板的实例化是指用模板生成对应的函数。实际上调用的还是具体生成的两个函数，那个函数是编译器生成的。

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。 

从此以后我们不需要写Swap，也不需要写模板，因为库里面有，直接用就可以了。

template<class T1,class T2> T1 Func(const T1& x, const T2& y) {     cout << x << " " << y << endl;     return T1; } int main() {     Func(1, 2);     return 0; }

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(根据实参传递的类型，推演T的类型)  

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);     /*     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     Add(a1, d1);     */     // 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     Add(a1, (int)d1);     return 0; }

2. 显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型(显示实例化，用指定类型实例化)

template<class T> T Add(const T& left, const T& right) {     return left + right; } int main() {     int a = 10;     double b = 20.0;     // 显式实例化     Add<int>(a, b);     cout << Add<int>(a, b) << endl;     return 0; }

 有一种场景是需要显示实例化的，实践当中显示实例化场景是下面这个：

template<typename T> T* Alloc(int n) {     return new T[n]; } int main() {     //有些函数不能自动推,只能显示实例化     int* p1 = Alloc<int>(10);     return 0; }

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 };

类模板无法通过推演实例化，必须要显示实例化。

// 类模板 template<class T> class Stack { public:     Stack(size_t capacity = 3)     {         _array = new T(capacity);         _capacity = capacity;         _size = 0;     }     void Push(T& data)     {         _array[_size] = data;         _size++;     }     ~Stack()     {         if (_array)         {             free(_array);             _array = NULL;             _capacity = 0;             _size = 0;         }     } private:     T* _array;     int _capacity;     int _size; }; int main() {     Stack<int> s1;     Stack<double> s2;     Stack<char> s3;     return 0; }

惠普的实验室里面产生了STL，STL叫标准模板库，实现的是常见的数据结构和算法，也是常见的数据结构和算法的库。

类模板中函数放在类外进行定义时，需要加模板参数列表。

类模板类名和类型不同，类名是c，类型就是Stack<T>。

template<class T> Stack<T>::Stack(size_t capacity) {     _array = new T(capacity);     _capacity = capacity;     _size = 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<T>才是类型 Stack<int> s1; Stack<double> s2;