C++-第三章：模板初阶

第一节：模板是什么

第二节：函数模板

2-1.使用场景

2-2.使用方法

2-3.模板原理

2-4.使用细节

第三节：类模板

3-1.使用场景

3-2.使用方法

3-3.类模板中成员函数的声明与定义分离

3-4.使用细节

第一节：模板是什么

现实生活中的模具，照着模具可以得到形状相同的模型，然后使用不同颜色的材料就可以得到不同颜色的模型。

模板也一样，编译器根据模板可以得到大体相似的模型，它们只有细微的区别。模板分为函数模板、类模板，下面一个一个来介绍。

第二节：函数模板

2-1.使用场景

函数模板就是可以实例化出函数的模板，对于一些功能相似，但是类型不同的参数的函数有奇效，例如要交换两个数的值，如果两个数都是整型：

void Swap(int& a, int& b) {int tmp = a;a = b;b = tmp;
}

如果两个数都是浮点型：

void Swap(float& a, float& b) {float tmp = a;a = b;b = tmp;
}

2-2.使用方法

对比以上两段代码可以发现，函数功能都是交换两个数，所以将类型 int 替换成 float 即可，除了int和float，还有char、double、自定义类型等类型，全部写出来的话就太多了，既然逻辑一样，那么就可以用一个模板函数来代替这么多不同参数的函数：

template<class T>
void Swap(T& a, T& b) {T tmp = a;a = b;b = tmp;
}

template标识这是一个模板，而class T就是我们需要给这个模板提供的类型，例如现在需要交换int类型的两个数：

template<class T>
void Swap(T& a, T& b) {T tmp = a;a = b;b = tmp;
}
int main() {int a = 2, b = 3;Swap<int>(a, b);std::cout << "a:" << a << std::endl;std::cout << "b:" << b << std::endl;return 0;
}

就像函数传参一样将 int 传给模板，模板的 T 接收到之后将 T 换成 int 实例化出了一个新的函数。

如果我又想交换两个 float 类型的数：

int main() {float a = 2.1, b = 3.2;Swap<float>(a, b);std::cout << "a:" << a << std::endl;std::cout << "b:" << b << std::endl;return 0;
}

除了使用<类型>显示传入类型外，函数模板也会自动识别传入参数的类型并实例化相应的函数：

template<class T>
void Swap(T& a, T& b) {T tmp = a;a = b;b = tmp;
}
int main() {int a = 2, b = 3;Swap(a, b);std::cout << "a:" << a << std::endl;std::cout << "b:" << b << std::endl;return 0;
}

2-3.模板原理

需要注意的是模板实例化出的函数不是同一个函数，即Swap<int>和Swap<float>虽然都使用了模板，但是调用的不是同一个函数，而是编译器在编译阶段利用模板自己写了以下两个函数，和我们自己写的没有区别。

void Swap(int& a, int& b) {int tmp = a;a = b;b = tmp;
}

void Swap(float& a, float& b) {float tmp = a;a = b;b = tmp;
}

相当于编译器帮助我们写了我们该写的代码。

2-4.使用细节

模板函数也有很多使用上的细节，如果有现成的函数与函数模板冲突时，会优先调用现成的函数：

template<class T>
void func(T x) {std::cout << "调用了函数模板：" << x << std::endl;
}void func(int x) {std::cout << "调用了现成函数：" << x << std::endl;
}int main() {int a = 99;func(a);return 0;
}

模板名和现有函数名都是 func，但是会优先调用已经有的函数，而不会实例化一个再调用。

当参数类型与现成的函数不匹配时，会使用函数模板：

template<class T>
void func(T x) {std::cout << "调用了函数模板：" << x << std::endl;
}void func(int x) {std::cout << "调用了现成函数：" << x << std::endl;
}int main() {float a = 99; // int->floatfunc(a);return 0;
}

如果想要强制使用函数模板，可以加上<类型>进行显示实例化：

template<class T>
void func(T x) {std::cout << "调用了函数模板：" << x << std::endl;
}void func(int x) {std::cout << "调用了现成函数：" << x << std::endl;
}int main() {int a = 99;func<int>(a); // 显式实例化return 0;
}

第三节：类模板

3-1.使用场景

类模板主要用于一些容器，比如vector、queue、map等，其中vector类似于C语言中的数组，C语言的数组的元素可以是char、int等，vector就是对传统数组的封装，为了能够像传统数组一样作用与多种类型，故其使用了类模板。

3-2.使用方法

使用方法与函数模板相似：

template<class T>
class A {
public:void PrintVal() {std::cout << _val << std::endl;}T _val;
};

想要创建一个 _val 为 float 类型的类，只能使用显式实例化：

int main() {A<float> obj;return 0;
}

3-3.类模板中成员函数的声明与定义分离

类模板实例化出的类的成员函数也可以进行声明与定义分离，需要标注函数来自哪个类域：

template<class T>
class A {
public:void PrintVal(); // 成员函数声明T _val;
};template<class T> // 成员函数声明定义
void A<T>::PrintVal() {std::cout << _val << std::endl;
}

3-4.使用细节

来自同一模板、类型不同的两个对象不属于同一类，例如：

int main() {A<int> a1;A<float> a2;return 0;
}

虽然a1、a2都是由模板A而来，但却是A实例化出的两个类，这两个类再实例化而来，所以a1、a2不属于同一类。

第四节：下期预告

下一次将详细介绍string容器，主要是迭代器的实现。