[C++基础]-初识模板

前言

作者：小蜗牛向前冲

名言：我可以接受失败，但我不能接受放弃

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目录

一、泛型编程

二、函数模板

1、函数模的概念

2、函数模板的示例化 

3、模板参数的匹配原则

3、类模板 

1、类模板的定义

2、类模板的实例化 

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 本期学习目标，了解什么是泛型编程，学会使用函数模板和类模板。

一、泛型编程

什么是泛型编程呢？

百度是怎么说的：

 也就是说对于C++来说，泛型编程的出现是为了切合C++中的模板，那什么是模板呢?这个先不急这了解，下面我们先看一段代码：
 

//整形交换
void Swap(int& left, int& right)
{
	int tmp = left;
	left = right;
	right = tmp;
}
 
//浮点型交换
void Swap(double& left, double& right)
{
	int tmp = left;
	left = right;
	right = tmp;
}
 
//字符型交换
void Swap(char& left, char& right)
{
	int tmp = left;
	left = right;
	right = tmp;
}

这里我们写了一个交换函数，虽然交换函数里面的内容都是相同的，但是由于我们传的参数类型的不同，这就导致我们要写三个不同参数类型的函数(C++被函数重载所支持)。

这里我们使用函数重载虽然能够实现，但是有几个不好的地方：

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

于是C++就提出了一个叫模板的东西，我们很以理解为我们要去拓印不同颜色的图画， 图画的内容是相同的，就是颜色不同，这时我们往往只要一个拓印的模板，想要拓印出不同颜色的图画，就用不同颜色的墨汁就可以了。

那么泛型编程和模板的关系：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

1、函数模的概念

既然C++提出了一个叫模板的概念，那么函数模板就可以认为是一个函数家族，该模板中的内容于类型无关，根据实参产生相应的特定类型。

函数模板的时候语法：

template

返回值类型 函数名(参数列表){}

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、函数模板的示例化 

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。

隐式实例化：让编译器根据实参推演模板参数的实际类型

下面我们用函数模板去实现交换函数：

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

 这里我们用写了一个函数模板，就实现了整形和浮点型的交换，但是我们在思考一个问题，模板能够让一个整形和浮点型进行交换吗？

这里我们让a和c进行交换：

 这里我们发现函数报错了，说函数的参数指向不明确，因为参数T不可能一会是整形，一会是浮点型，那么我们还有什么方法解决这个问题吗？

其实我们也可以在对于模板的时候使用都参数，定义出T1和T2，这样就能让T1指向整形,T2指向浮点型了。

显式实例化 ：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

下面我们继续写一个加法函数模板：

template<typename T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
	return left + right;
}
 
int main()
{
	int a = 10;
	double b = 20.2;
	cout << Add<int>(a, b) << endl;
	return 0;
}

这里我们在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型,这样函数就不会因为参数类型指定不明确而报错了。

 这里为什么会可以呢，其实是如果类型不匹配，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。

 这里为什么会报错了，不就是因为隐式类型无法转换。那我们为什么Add函数就可以转换成功而Swap函数就会报错。

其实是Add的形参用const的修饰了，形参是实参的一份临时拷贝，在拷贝实参的过程中会生成一个临时变量(临时变量具有常性)，这里用const修饰就不会出现引用权限发大的现象(常变量赋值给常变量)。而Swap没有用const修饰(因为要进行二者的交换)，这就会导致(将一个非常变量赋值给一个常变量导致引用权限的放大)。

3、模板参数的匹配原则

• 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
• 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
• 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

这里我们简单理解一下为什么说模板函数不允许自动类型的转换，如果要转化也是通过编译器强制进行的，如果转换不成功也会报错。 

3、类模板 

1、类模板的定义

对于类模板的其实也是和函数模板的定义也是差不多的，也是用关键字emplate来定义的。

emplate
class 类模板名
{
 // 类内成员定义
};

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。

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

下面我们用类模板实现一个数组：

#define N 10
template<class T>
class arr
{
public:
	//重载[]
	T& operator[](size_t i)
	{
		assert(i < N);
		return _a[i];
	}
private:
	T _a[N];
};

这样的数组有什么用呢？

其实对于这个数组来说，如果一但越界就会检测出来(assert的断言了)，而在C语言中的数组是抽查是否存在越界的情况。