C++初级---模板初阶

1.泛型编程

        在C语言中，如果要实现一个通用的交换函数需要将不同类型的函数进行重载，让他们可以进行交换，但这样的函数仅仅只有类型不同，函数的复用率很低，而且只要有新类型出现，就需要写一个新的相对应的函数来实现其交换功能；代码的可维护性也很低，一个出错可能导致所有重载都出错。

        在C++中，存在一种模具，该模具可以填充不同的类型，使用不同的类型来满足相同的功能。

        泛型编程：编写与类型无关的代码，是代码的一种复用手段，模板是泛型编程的基础。

模板分为类模板和函数模板。

2.函数模板

2.1 函数模板的概念

        函数模板代表一个函数家族，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){}

一个简单的交换函数：

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

注意：class 是用来定义参数模板的关键字，也可以使用typename。

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，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<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);
 
 /*
 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;
}

2.5 函数模板的匹配原则

        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。

        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。

        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

3. 类模板

3.1 概念

                template class 类模板名 { // 类内成员定义 };

        类模板是一种在编程中使用的重要概念，它允许编写通用代码以处理各种不同类型的数据。类模板可以看作是类的模板，其中某些部分可以使用类型参数进行参数化，以便在实例化时使用不同的数据类型。

举例：

template <typename T>
class MyClass {
public:
    MyClass(T value) : data(value) {}
 
    T getData() { return data; }
 
private:
    T data;
};

3.2 类模板的原理

        类模板的原理涉及到C++中的编译器如何处理和实例化模板。在编译器编译源代码时，它并不生成模板类的实际代码，而是根据模板定义生成一个类模板的框架。这个框架包含了模板中的类型参数，但没有具体的类型信息。

3.3 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。

MyClass<int> myIntInstance(42);