Lesson 04 模板入门

C++：渴望力量吗，少年？

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一、泛型编程

1. 引入

  观察下面的代码，是不是发现虽然有函数重载，但是为了实现相同的功能，不得不写成好几个函数，区别仅仅是参数类型不同。

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;
}
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使用函数重载虽然可以实现，但是有以下几个不好的地方：
（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
  因此，特意引入了泛型编程的概念，即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。而模板又分为函数模板和类模板。

2. 函数模板

（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）函数模板格式

template
返回值类型 函数名(参数列表){}

template<class T>
void Swap(T& left, T& right)//这里要使用&，不然无法交换实参
{
	T temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}
int main()
{
	int i = 0, j = 1;
	Swap(i, j);

	double x = 1.1, y = 2.2;
	Swap(x, y);

	return 0;
}
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  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)

（3）函数模板的原理

  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。

（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。
  隐式实例化：让编译器根据实参推演模板参数的实际类型。
  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。

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
	return left + right;
}
int main()
{
	cout << Add(1, 2) << endl;//隐式实例化

	//cout << Add(1.1, 2) << endl;//类型不一致时会报错

	//可以使用强制类型转换把两个类型变成一致
	cout << Add((int)1.1, 2) << endl;
	cout << Add(1.1, (double)2) << endl;

	// 显式实例化（直接把两个都统一类型）
	cout << Add<int>(1.1, 2) << endl;
	cout << Add<double>(1.1, 2) << endl;

	return 0;
}
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（5）模板参数的匹配原则

  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。

int Add(int left, int right)//像这里既有Add函数也有Add模板，调用Add函数的时候如果参数类型符合会先使用这个Add函数
{//就相当于编译器偷个懒不去替换模板的T，直接用现成的
    return left + right;
}
// 通用加法函数
template<class T>
T Add(T left, T right)
{
    return left + right;
}

template<class T>
T* func(int n)
{
    return new T[n];
}

int main()
{
	int x = 0, y = 1;
	swap(x, y);//swap其实也是C++已经写好的模板

	double a = 1.1, b = 2.2;
	swap(a, b);

	cout << Add(x, y) << endl;//调用非模板函数

	//主要就是要注意模板的实例化
	cout << Add<int>(x, y) << endl;

	int* ptr = func<int>(10);

	return 0;
}
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3. 类模板

（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
};
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（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。

template<class T>
class Stack
{
public:
	Stack(size_t capacity = 4)
	{
		cout << "Stack()" << endl;

		_array = new T[capacity];

		_capacity = capacity;
		_size = 0;
	}

	void Push(const T& data)
	{
		 CheckCapacity();
		_array[_size] = data;
		_size++;
	}

	~Stack()
	{
		cout << "~Stack()" << endl;

		delete[] _array;
		_array = nullptr;
		_size = _capacity = 0;
	}
private:
	T* _array;
	int _capacity;
	int _size;
};
int main()
{
	Stack<int> st1; // int
	Stack<double> st2; // double

	st1.Push(1);
	st1.Push(2);

	st2.Push(1.2);
	st2.Push(1.2);

	return 0;
}
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  比如这段代码中Stack< int > 和 Stack< double >才是类型名。