C++模板初阶

1. 泛型编程

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。

首先，我们来看一下这个问题：如何实现一个通用的交换函数呢？

使用函数重载虽然可以实现，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

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？
在C++中，就存在这样一个模具，通过给这个模具中填充不同类型，即生成相对应的具体类型的代码。
在C++中，模板分为两种：

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
返回值类型 函数名(参数列表){}
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)

现在就有一个问题：这两次调用的函数是否为同一个函数呢？
答案是：不是同一个函数。我们可以由下面的反汇编来看：

其实，这个swap的模板在C++库中已经写好，我们直接用就可以了。

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。

那么是不是全部函数模板的类型都是编译器根据传入的实参类型来推演出来的呢？
答案是：不是的。我们看下面的代码：

这里，就推导不出来T的模板参数。如果不能自动推演，我们就需要显示实例化，指定模板参数。

或者，我们也可以这样写：

我们可以给模板一个缺省值，当我们不显示写的话，就会默认为char

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
这个，我们前面也举过例子了：

像这样的就是隐式实例化，是编译器自己编译器根据实参推演模板参数的实际类型。
有的人可能这样写：

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d2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。
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

2. 显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

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。

那么，现在有一个问题：这两个是调用那个函数呢？
我们来看第一个：

我们可以看到，当这两个同时存在时，如果我们没有显示实例化，那么编译器会优先选择非模板函数而不会从该模板产生出一个实例。
我们在看第二个：

如果我们显示实例化了，编译器会调用特化的Add版本。

3. 类模板

3.1 类模板的定义格式

在C语言中，我们要定义一个int类型的栈。

如果，我们定义一个double类型的栈，就需要把int改成double
但是，同时定义一个double和int就不行了。我们就需要模板。

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。

4. 声明和定义

我们来看一下，模板的声明和定义是如何去写的：


但在这里，我们需要注意：类模板中函数放在类外进行定义时，需要加模板参数列表。

但是，定义和声明放在一个文件中可以，但是，模板不支持声明和定义放到两个文件中的，会出现链接错误。




链接不上，这是为什么呢？
首先，预处理：template.cpp和test.cpp都会变成为template.i和test.i
这两个文件中，是这样的：

test.i是这样的：

然后，进行下一步：编译
template.i会编译成template.s，但是template.s里什么都没有。
因为template.i文件编译器实例化不了，因为swap，找不到传参，Stack找不到指定类型。
而test.i会编译成test.s，但是虽然有传参和指定类型，但是没有定义，符号表里没有地址，所以call不到地址。
所以，链接的时候链接不上。那么我们有什么解决的办法呢？
在template.cpp里针对于要使用的模板类型显示实例化：

这样就可以了。template是一种固定的格式。