C++初级---模板初阶

1.泛型编程

在C语言中，如果要实现一个通用的交换函数需要将不同类型的函数进行重载，让他们可以进行交换，但这样的函数仅仅只有类型不同，函数的复用率很低，而且只要有新类型出现，就需要写一个新的相对应的函数来实现其交换功能；代码的可维护性也很低，一个出错可能导致所有重载都出错。

在C++中，存在一种模具，该模具可以填充不同的类型，使用不同的类型来满足相同的功能。

泛型编程：编写与类型无关的代码，是代码的一种复用手段，模板是泛型编程的基础。

模板分为类模板和函数模板。

2.函数模板

2.1 函数模板的概念

函数模板代表一个函数家族，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。

2.2 函数模板格式

template 返回值类型函数名(参数列表){}

一个简单的交换函数：
template<class T>
void swap(T& left,T& right){T tmp = left;left = right;right = tmp;
}
注意：class 是用来定义参数模板的关键字，也可以使用typename。

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。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。

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<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{return left + right;
}
int main()
{int a1 = 10, a2 = 20;double d1 = 10.0, d2 = 20.0;Add(a1, a2);Add(d1, d2);/*该语句不能通过编译，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，但模板参数列表中只有一个T，编译器无法确定此处到底该将T确定为int 或者 double类型而报错注意：在模板中，编译器一般不会进行类型转换操作，因为一旦转化出问题，编译器就需要背黑锅Add(a1, d1);*/// 此时有两种处理方式：1. 用户自己来强制转化 2. 使用显式实例化Add(a, (int)d);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);return 0;
}
2.5 函数模板的匹配原则

        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。

        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。

        3. 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

3.1 概念

template class 类模板名 { // 类内成员定义 };

类模板是一种在编程中使用的重要概念，它允许编写通用代码以处理各种不同类型的数据。类模板可以看作是类的模板，其中某些部分可以使用类型参数进行参数化，以便在实例化时使用不同的数据类型。

举例：
template <typename T>
class MyClass {
public:MyClass(T value) : data(value) {}T getData() { return data; }private:T data;
};
3.2 类模板的原理

类模板的原理涉及到C++中的编译器如何处理和实例化模板。在编译器编译源代码时，它并不生成模板类的实际代码，而是根据模板定义生成一个类模板的框架。这个框架包含了模板中的类型参数，但没有具体的类型信息。

3.3 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，类模板名字不是真正的类，而实例化的结果才是真正的类。
MyClass<int> myIntInstance(42);