【落羽的落羽 C++】模板简介

一、模板的引入

假如我们想写一个Swap函数，针对每一种类型，都要函数重载写一次，但它们的实现原理是几乎一样的。在这种情况下，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，都需要用户自己增加对应的函数，并且代码的可维护性也较低。

void Swap(int& x, int& y)
{
    int tmp = x;
    x = y;
    y = tmp;
}

void Swap(double& x, double& y)
{
    double tmp = x;
    x = y;
    y = tmp;
}

void Swap(char& x, char& y)
{
    char tmp = x;
    x = y;
    y = tmp;
}

前人也想到了这个问题，于是，泛型编程和模板的概念就诞生了：
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。模板一般分为函数模板、类模板。

二、函数模板

1. 函数模板的使用

函数模板代表了一系列函数，这一系列函数可能只有类型不同的区别。函数模板与类型无关，在使用时被参数化，根据实参类型产生特定类型版本的具体函数。

使用方法是：

template<typename T1, typename T2, ......, typename Tn>
返回值类型 函数名(参数列表)
{
    函数内容
}

其中
template是定义模板的关键字。typename是用来定义模板参数类型的关键字，也可以用class替代，不能用struct替代。
T1、T2、…、Tn是用户自己命名的类型代名词，代表着一种类型，在模板产出特定类型版本的具体函数时才能确定它们是什么类型。

举个简单的例子就明白了：我们用函数模板来实现Swap函数

template<typename T>
void Swap(T& x, T& y)
{
	T tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}

再试试用函数模板实现泛用的加法函数：

template<typename T1>
T1 Add(T1& x, T1& y)
{
	return x + y;
}

很好理解吧。

2. 函数模板的原理

而函数模板的原理也不难理解。函数模板可以理解为一个蓝图，它本身并不是函数，是编译器产出特定具体类型函数的模具，模板其实就是将本来应该我们自己做的重复性工作交给了编译器。
在编译器编译阶段，对于函数模板的使用，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使用，比如：当用double类型使用函数模板时，编译器判断实参类型是double，将T确定为double类型，然后产生一份专门处理double类型的函数代码。

3. 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。模板参数实例化可以分为隐式实例化、显式实例化

• 隐式实例化：编译器根据实参推演参数的实际类型，也就是我们刚才举例的用法。要注意的是，在Swap和Add这类只有一种参数的函数模板，使用时最好不要出现两个参数类型不一样的情况，比如不要同时将一个int和一个double参数传给Add函数。真遇到了这种情况，有两种解决方法：强制类型转换Add(i, (int)d)、使用显式实例化。
• 显示实例化：在函数名后<>中指定模板参数的实际类型，如Add<int>(a, b);，Swap<double>(x, y);，如果类型不匹配，编译器会尝试进行隐式类型转换，如果无法转换成功则报错。

4. 函数模板的匹配

一个非模板函数可以和同名的函数模板同时存在，而且该函数模板还能被实例化为这个非模板函数。对于这两个函数，如果其他条件都相同，则在调用时会优先调用非模板函数而不是从模板实例化出一个函数；如果模板可以产生一个具有更好匹配的函数，那么编译器可能将使用模板。

int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}

template<typename T1, typename T2>
T1 Add(T1& x, T2& y)
{
	return x + y;
}

Add(1, 2); //调用非模板Add函数
Add(1, 2.0); //都可以调用，具体看编译器的选择

三、类模板

模板也可以用到类的上面，

template<typename T1, typename T2, ......, typename Tn>
class 类名
{
    类内容
}

一个类模板的使用实例是，一系列数据结构的定义，如：

template<typename T>
class Stack
{
public:
	Stack(size_t capacity = 4)
	{
		_arr = new T[capacity];
		_capacity = capacity;
		_size = 0;
	}
	~Stack()
	{
		delete[] _arr;
	}
private:
	T* _arr;
	size_t _capacity;
	size_t _size;
};

类模板实例化与函数模板实例化不同，类模板实例化必须在类模板名字后跟<>，将实例化的类型写在里面，类模板不是真正的类，而实例化出的结果才是真正的类。

这样，在使用栈这个数据结构时，根据我们要存储的数据类型，可以通过Stack<类型>的形式来控制：

Stack<int> st1; //存储int的栈
Stack<char> st2; //存储char的栈

本篇完，感谢阅读。