---

前言

模板这一章的思想就是所谓的泛型编程，就是同一类问题，将相比于Add函数，可能参数不同就需要写多个函数，但是思想是一样的，本章就来讲讲模板去解决同一类的问题！

---

正文开始

一、泛型编程

如何实现一个通用的交换函数呢？

void Swapii(int* p1,int* p2)
{
	int tmp = *p1;
	*p1 = *p2;
	*p2 = tmp;
}
void Swapdd(double* p1, double* p2)
{
	double tmp = *p1;
	*p1 = *p2;
	*p2 = tmp;
}
void Swapcc(char* left, char* right) {
 char temp = *left;
 *left = *right;
 *right = temp;
}
......
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

这是C语言的，还不能支持函数重载

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;
}
......
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

C++支持函数重载后，这一份重复代码我们写了三遍，看起来有点冗余。

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. 重载的函数仅仅只是类型不同，代码的复用率比较低，只要有新类型出现时，就需要增加对应的函数
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

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？

类似于这种一个模子可以得到三种颜色的旗帜！
如果在C++中，也能够存在这样一个模具，通过给这个模具中填充不同材料(类型)，来获得不同材料的铸件 (生成具体类型的代码），那将会节省许多头发。巧的是前人早已将树栽好，我们只需在此乘凉。
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。

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。

2.2 函数模板格式

template
template
返回值类型 函数名(参数列表){}

//template //Type
template<typename T>	//定义模板参数T可以用typename，也可以用class，都一样
void Swap(T& x1,T& x2)
{
	T tmp = x1;
	x1 = x2;
	x2 = tmp;
}
1
2
3
4
5
6
7
8

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)

2.3 函数模板的原理

那么如何解决上面的问题呢？大家都知道，瓦特改良蒸汽机，人类开始了工业革命，解放了生产力。机器生
产淘汰掉了很多手工产品。本质是什么，重复的工作交给了机器去完成。有人给出了论调：懒人创造世界。

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。

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<typename T>
void Swap(T& x1,T& x2)
{
	T tmp = x1;
	x1 = x2;
	x2 = tmp;
}
template<typename T>
T Add(const T& x1, const T& x2) {

	return x1 + x2;
}
int main() {
	int a = 1;
	int b = 2;
	Swap(a, b);
	double c = 1.1;
	double d = 2.2;
	Swap(c,d);
	//编译器会通过实参推形参的类型T分别为int和double
	//这种方式是隐式实例化
	cout << Add(a, b) << endl;
	cout << Add(c, d) << endl;

	Add(a, c);
	 /*
	 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(a, (int)d);
	return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36

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(void) {
	 int a = 10;
	 double b = 20.0;
	 
	 // 显式实例化
	 Add<int>(a, b);
	 return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8

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

// 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，编译器不需要特化
	Add<int>(1, 2); // 调用编译器特化的Add版本
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

在反汇编中我们可以看到两个实参调用的函数是不同的
模板调用，有现成匹配的函数，绝对不去实例化
有更匹配的，优先匹配类型最合适的

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;
}
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Add函数
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

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

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
};
1
2
3
4
5

//类模板
namespace ROSE
{
	template<class T>
	class vector
	{
	public:
		vector()
			:_a(nullptr)
			, _size(0)
			, _capacity(0)
		{}
		//拷贝构造和operator= 这里涉及深浅拷贝问题，还挺复杂，后面具体在讲

		~vector() {
			delete[] _a;
			_a = nullptr;
			_size = _capacity = 0;
		}
		void push_back(const T& x)
		{
			if (_size == _capacity)
			{
				int newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
				T* tmp = new T[newcapacity];
				if (_a)
				{
					memcpy(tmp, _a, sizeof(T) * _size);
					delete[] a;
				}
				_a = tmp;
				_capacity = newcapacity;
			}
			_a[_size] = x;
			_size++;
		}
		//引用返回可以读+写
		T& operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos < _size);
			return _a[pos];
		}
		size_t size()
		{
			return _size;
		}
	private:
		T* _a;
		size_t _size;
		size_t _capacity;
	};

}

int main() {
	ROSE::vector<int> v1;//存int

	for (size_t  i = 0; i < v1.size(); i++)
	{
		cout << v1[i] << endl;
	}

	ROSE::vector<double> v2;//存double

	return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66

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。

// Vector类名，Vector才是类型
Vector s1;
Vector s2;

---

总结

例如：以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍了关于C++中模板的使用，给C++的使用带来了方便，本章比较容易理解，就是套着模板使用即可！
感谢大家三连支持~~