c++：模板

1.泛型编程

在认识模板之前，我们首先要认识泛型编程

泛型编程是一种编程范式，它使得算法和数据结构能够独立于特定数据类型进行设计和实现。通过使用泛型，开发者可以编写一次代码，然后在不同的数据类型上进行重用，从而提高代码的灵活性和可维护性

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

若不使用泛型编程，写实现变量的值交换的函数：

void Swap(int& a, int& b) //整形
{
   int tmp = a;
   a = b;
   b = tmp;
}
void Swap(float& a, float& b) //浮点型
{
   float tmp = a;
   a = b;
   b = tmp;
}
void Swap(char& a, char& b) //字符型
{
   char tmp = a;
   a = b;
   b = tmp;
}

代码的关键部分非常相似，代码很冗余，使用泛型编程可以很好的解决这个问题

template<typename T1> //这是一个函数模板，可以完成上面三个函数的功能
void Swap(T1& a, T1& b)
{
   T tmp = a;
   a = b;
   b = tmp;
}

泛型编程就像是一个模子，让编译器根据不同类型，生成不同的代码，从而实现对应的功能

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

函数模板是一种用于生成函数的工具，通过模板定义可以创建适用于多种数据类型的函数

2.函数模板格式

template<typename T1, typename T2 ......>

返回值类型函数名(参数列表)

{

//代码块

}

例如上面交换两个变量的值的例子

template<typename T1>

void Swap(T1& a, T1& b)
{
   T tmp = a;
   a = b;
   b = tmp;
}

typename是用来定义模板参数关键字，也可以使用class

3.函数模板原理

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。

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& a, const T& b)
{
   return a + b;
}
int main()
{
   int a1 = 10;
   int a2 = 5;
   float b1 = 10.5;
   float b2 = 4.0;

   Add(a1, a2);
   Add(b1, b2);

   Add(a1, b1); //编译器无法确定T是整形还是浮点型而报错
   Add(a1, (int)b1); //可以将b1强制转换成int类型
   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); //显示为int类型
   return 0;
}

5.模板函数匹配原则

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，非模板函数
int Add(int left, int right)
{
   return left + right;
}

// 通用加法函数，函数模板
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
}

就是说，如果我们已经定义了一个函数模板，又有一个非模板函数，在调用一个函数时，非模板函数与模板函数都适配，优先选择非模板函数，如果模板可以产生一个具有更好匹配的函数，那么将选择模板函数

若显示实例化调用，则调用模板函数（模板函数是指编译器通过函数模板生成的一个函数）

// 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 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
}

还需要注意的一点是： 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

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
};

例如下面这个例子：

// 类模版
template<typename T>
class Stack
{
public:
   Stack(size_t capacity = 4)
   {
       _array = new T[capacity];
       _capacity = capacity;
       _size = 0;
   }
   void Push(const T& data);
private:
   T* _array;
   size_t _capacity;
   size_t _size;
};

// 模版不建议声明和定义分离到两个文件.h 和.cpp会出现链接错误
template<class T>
void Stack<T>::Push(const T& data)
{
   // 扩容
   _array[_size] = data;
   ++_size;
}

int main()
{
   Stack<int> st1;          // int
   Stack<double> st2; // double
   return 0;
}