C++模版初阶

目录

一、模版的引入

二、模版的简单使用

（1）模版的书写格式

（2）函数模版

1.隐式实例化：让编译器根据实参类型推演模板参数的实际类型

2.显式实例化：在函数名后面加<>，这个括号内的类型就是指定的模版参数的类型

3.模版参数的匹配原则

（3）类模版

1.类模版的书写格式

2.类模板的实例化

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一、模版的引入

        模版的出现是为了泛型编程而做准备，那么何为泛型编程呢？就是一个代码可能实现的功能大都类似，但是由于类型的不同等小区别的存在，让一份代码不能很好的适应各种情况，而泛型编程就是在写代码的时候不去确定类型，而在使用的时候才去让编译器决定需要实例化成什么样子的，从而提高了代码的编写效率，提高代码的复用率。

        这是在没有学习模版的时候我们写出的交换函数，我们采取的策略是使用函数的重载，但是仍然有几个不好的地方：

（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？

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;
}

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(即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、模版的简单使用

（1）模版的书写格式

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

        模版的格式就是这样，在函数模板前面加  template 后面跟上原本的函数即可，只不过要把原本的形参部分改变成模版参数T而已。

注意：typename是用来定义模版参数的关键字，也可以使用class（切记：不能用struct替代class）但是在某些情况下只能使用typename而不能使用class

        在编译器编译阶段，（预处理，编译，汇编，链接）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）函数模版

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：让编译器根据实参类型推演模板参数的实际类型

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);
 
Add(a1, d1);
/*
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;
}

2.显式实例化：在函数名后面加<>，这个括号内的类型就是指定的模版参数的类型

int main(void)
{
int a = 10;
double b = 20.0;
// 显式实例化
Add<int>(a, b);
return 0;
}

3.模版参数的匹配原则

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
}

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
}

（3）类模版

1.类模版的书写格式

template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 类模板名
{
// 类内成员定义
};

// 动态顺序表
// 注意：Vector不是具体的类，是编译器根据被实例化的类型生成具体类的模具
template<class T>
class Vector
{
public :
Vector(size_t capacity = 10)
: _pData(new T[capacity])
, _size(0)
, _capacity(capacity)
{}
// 使用析构函数演示：在类中声明，在类外定义。
~Vector();
void PushBack(const T& data)；
void PopBack()；
// ...
size_t Size() {return _size;}
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < _size);
return _pData[pos];
}
private:
T* _pData;
size_t _size;
size_t _capacity;
};
// 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
template <class T>
Vector::~Vector()
{
if(_pData)
delete[] _pData;
_size = _capacity = 0;
}

        这里在类中声明在类外定义的格式需要我们记住：在类外面定义时，需要加模版参数列表，因为~Vector这个析构函数是属于Vector这个类中的成员函数，所以需要加访问限定符，但是由于类型T我们还不确定，则需要再类前面加上模板参数T

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。这个需要着重记忆，因为在c语言阶段，我们的结构体即使类名也是类型，而在使用了模板参数后，在没有实例化以前，他都不是一个真正的类型，需要在<>中写上具体的类型才能实例化成为一个真正的类。

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