【C++笔记】初始模版和STL简介

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前言

哈喽，各位小伙伴大家好！上期我们讲了C++的编译器优化和内存管理。今天我们来讲解C++模版和STL库。话不多说，我们直接进入正题！向大厂冲锋！

一.初始模版

1.1泛型编程

如何实现一个通用的交换函数呢？
如果我们想实现三种类型的交换函数就需要这样写代码。

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;
}

使用函数重载虽然可以实现，但是有一下几个不好的地方：

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，就需要用户自己增
   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来生成代码呢？

这几个函数的逻辑都是一样的。只是类型不同。就像这些铸件一样模版样子都一样，只是浇筑材料不一样。

如果在C++中，也能够存在这样一个模具，通过给这个模具中填充不同材料(类型)，来获得不同材料的铸件(即生成具体类型的代码），那将会节省许多头发。巧的是前人早已将树栽好，我们只需在此乘凉。
C++引入了模版，这样就引入了泛型编程的概念。

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。

模版分为函数模版和类模版。

1.2函数模版

• 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。
• 函数模板格式
  函数模版格式如下
  
  注意：typename是用来定义模板参数关键字，也可以使用class(切记：不能使用struct代替class)。typename和class可以混着用。但是不建议。

template<typename T>
void Swap( T& left, T& right)
{T temp = left;left = right;right = temp;
}

• 函数模版的原理
  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
  

注意这里是调用的不是一个函数而是三个函数。

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。

• 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

这里我们强转类型后，让编译器自动推导T类型后隐式实例化
出对应的函数。

2. 显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型。
   

这里我们显示实例化相当于告诉编译器T的类型是int。然后b通过隐式类型转化变为int类型。
那如果我们既不想强转也不想显示实例化怎么办？
那这时就需要写两个参数的模版了。

模版实例化有两种方式
但是有时候必须显示的实例化。编译器无法推导T类型时，就必须显示实例化。


这里显示实例化就可以解决报错了。

• 模板参数的匹配原则

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

// 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 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
}

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.

4. 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.

1.3类模板

• 类模版的格式

template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 类模板名
{// 类内成员定义
};

现在我们写一个栈的类模版就可以这样写。

#include<iostream>
using namespace std;
// 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;
};

那模版的功能好像typedef也可以实现啊。直接用typedef替换不就行了吗。但是模版可以接收任意类型。那typedef也可以啊。但是typedef你需要提前知道我的T是什么类型才能typedef。这就相当于需要上帝视角。否则现在我定义int的栈，你typedef，等下我定义char的栈，你有需要修改代码。所以typedef还是替代不了模版。

• 声明和定义分离

1. 当前文件
   类模版在当前文件声明和定义分离需要重新定义模版。

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;
};
template<typename T>//重新定义模版
void Stack<T>::Push(const T& data)
{//
}

2. 两个文件
   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。

• 类模板的实例化
  类模版都是显示实例化。
  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。

// Stack是类名，Stack<int>才是类型
Stack<int> st1; // int
Stack<double> st2; // double

二.STL简介

2.1什么是STL

STL(standard template libaray-标准模板库)：是C++标准库的重要组成部分，不仅是一个可复用的组件库，而且是一个包罗数据结构与算法的软件框架。

2.2STL的版本

• 原始版本
  Alexander Stepanov、Meng Lee 在惠普实验室完成的原始版本，本着开源精神，他们声明允许
  任何人任意运用、拷贝、修改、传播、商业使用这些代码，无需付费。唯一的条件就是也需要向原
  始版本一样做开源使用。 HP 版本–所有STL实现版本的始祖。

• P. J. 版本
  由P. J. Plauger开发，继承自HP版本，被Windows Visual C++采用，不能公开或修改，缺陷：可读
  性比较低，符号命名比较怪异。

• RW版本
  由Rouge Wage公司开发，继承自HP版本，被C+ + Builder 采用，不能公开或修改，可读性一般。

• SGI版本
  由Silicon Graphics Computer Systems，Inc公司开发，继承自HP版 本。被GCC(Linux)采用，可
  移植性好，可公开、修改甚至贩卖，从命名风格和编程 风格上看，阅读性非常高。我们后面学习
  STL要阅读部分源代码，主要参考的就是这个版本。

2.3STL的六大组件

2.4STL的重要性

STL在笔试题中解题可以用到STL的算法和各种容器。
在面试中也经常会被问到。

在工作中。
网上有句话说：“不懂STL，不要说你会C++”。STL是C++中的优秀作品，有了它的陪伴，许多底层
的数据结构以及算法都不需要自己重新造轮子，站在前人的肩膀上，健步如飞的快速开发。

2.5如何学习STL

大家可以看一下《STL源码剖析》这本书。写的挺好的。

简单总结一下：学习STL的三个境界：能用，明理，能扩展 。

后言

这就是模版的内容和STL介绍。大家自己好好消化。今天就分享到这，感谢各位的耐心垂阅！咱们下期见！拜拜~