模版初阶(泛型编程)

1.泛型编程

如何实现一个通用的交换函数

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;
}
......

虽然我们可以通过函数重载可以实现，但是也有一些缺点：

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

那么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生成代码呢？

如果在C++中，也能够存在一个这样一个模具，通过这个模具填充不同材料(类型)，来获取不同材料的铸件(即生成具体类型的代码)，那么就会节省许多

泛型编程的定义：编写与类型无关的通用代码，是代码复用的一种手段。模版是泛型编程的基础

2.函数模板

2.1函数模板概念

函数模板代表了一个函数家族，该函数模版与类型无关，在使用时被参数化，根据实参类型产生函数特定类型版本。
编译器通过实参推出类型，用模版函数生成对应的函数，这个过程叫做模板实例化

2.2函数模板格式

template<typename T1,typename T2,typename T3,…typename Tn>
返回值类型 函数名 (参数列表){}

举例：

template<typename T>
//template<class T>
void Swap(T& x,T& y)
{T tmp = x;x = y;y = tmp;
}int main()
{int a = 1,b = 2;Swap(a,b);printf("a = %d,b = %d\n",a,b);double d1 = 1.1,d2 = 2.2;Swap(d1,d2);printf("d1 = %lf,d2 = %lf\n",d1,d2); return 0;
}

交换后的结果如下：

注意：typename是用来定义模版参数关键字，也可以用class

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，所以其实模版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，对于模版函数的使用，，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，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，对于其他类型也是如此

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<typename T>
T Add(const T& a,const T& b)
{return a + b;
}
int main()
{int a1 = 10,a2 = 20;double d1 = 20.0,d2 = 20.0;int sum1 = Add(a1,a2);cout << sum1 << endl;int sum2 = Add(d1,d2);//隐式实例化cout << sum2 << endl;//int sum3 = Add(a1,d1);//上述语句不能通过编译，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，但模板参数列表只有一个T，编译器无法确认此处到底该将T却认为int或者double类型//而报错，注意在模版中，编译器一般不会进行类型转换操作，因为一旦转换出现问题，编译器就要背锅//此处有两种处理方式：1.用户自己来强制转化，2.使用显式实例化int sum3 = Add(a1,(int)d1);cout << sum3 << endl;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

template<typename T>
T Add(const T& a,const T& b)
{return a + b;
}
int main()
{int a = 10;double b = 20.0;int sum = Add<int>(a,b);cout << sum << endl;	 return 0;
}

如果类型不匹配，编译器会尝试进行隐式类型转换，如果无法转换成功编译器将会报错

2.5模版函数的匹配规则

1.一个非模版函数可以和一个与其同名的函数模板同时存在，而且该函数模版还可以被实例化为这个非模版函数

//专门用来处理int类型的非模版函数
int Add(int left,int right)
{return left + right;
}//通用加法的模版函数
template<typename T>
T Add(const T& a,const T& b)
{return a + b;
}
int main()
{int sum1 = Add(1,2);//与非模版函数匹配，编译器不需要特化int sum2 = Add<int>(1,2);//调用编译器特化的Add版本return 0;
}

2.对于非模版函数和与其同名的函数模板，如果其他条件都相同，在调用时会优先调用非模版函数而不会从该模版函数产生一个实例。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

//专门用来处理int类型的非模版函数
int Add(int left,int right)
{return left + right;
}//通用加法的模版函数
template<typename T1,typename T2>
T Add(const T1& a,const T2& b)
{return a + b;
}
int main()
{int sum1 = Add(1,2);//与非模版函数匹配，编译器不需要特化int sum2 = Add(1,2.0);//模版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return 0;
}

模板函数不允许自动类型转换，但是普通函数可以自动类型转换

3.类模版

3.1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
};

下面以动态顺序表为例

//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):_pDate(new T[capacity]),_size(0),_capacity(capacity)~Vector();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，需要加模版参数列表
template <class T>
Vector<T>::~Vector()
{if(_pDate)delete[] _pDate_size = _capacity = 0;
}

3.2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，类模板名不是真正的类，而实例化的结果才是真正的类

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