c++模板入门

c++系列模板入门

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一、模板概念引入

在程序设计中我们经常需要对两个数据进行交换，对于不同的数据类型，我们就需要重载不的函数。

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;}

问：面对这些逻辑相同，仅是类型不同的程序，我们该如何更好的实现他们呢？

答：如果有一个模具，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(生成具体类型的代码），那我们将会方便很多，为完成这一问题C++产生了泛型编程的思想。
泛型编程：允许函数和数据结构使用任何数据类型，而不需要为每种数据类型编写重复的代码。模板是泛型编程的基础。
模板——是一段带有类型参数的程序代码，可以通过给这些参数提供一些类型来得到针对不同类型的具体代码。

二、函数模板

2.1、函数模板的概念

函数模板并不是一个可以直接使用的函数，它实际上是定义一个通用函数，它所用到的数据的类型（包括返回值类型、形参类型、局部变量类型）均被作为参数：不指定具体类型，而是用一个虚拟 的类型来代替（实际上是用一个标识符来占位）。凡是函数体相同的函数都可以用这个模板来代替，在函数调用时根据传入的实参来逆推出真正的类型(逆推过程由编译器来完成)，从而来实现代码的复用。这个通用函数就称为函数模板（函数模板不是一个实在的函数，编译器不能为其生成可执行代码）。

2.2、函数模板的定义格式

template<class / typename T1,......,class / typename Tn> typename用来定义模板参数关键字，也可以使用class，在这里他们两个的作用并无区别，T1....Tn均为类型占位符。

 template<typename T>//简单函数模板void Swap( T& left,  T& right){T temp = left;left = right;right = temp;}

2.3、函数模板的使用

以两数相加函数为例，我们在进行不同类型对象间的数据相加问题时，就不需要重写多个函数 例：

template<class T1>
T1 add(T1 x,T1 y)//T1类型占位符，编译器推演出合适的类型将他替换
{return x + y;
}
int main()
{int a1 = 1;int a2 = 2;double a3 = 1.1;double a4 = 2.1;cout << add(a1, a2) << endl;cout << add(a3, a4) << endl;return 0;

运行结果:

在使用函数模板时，我们只需要传递实参，编译器会自动推演出合适的类型。

可以看到，即使存在模板还是可以定义，具体的函数的，编译器在生成函数之前，首先会去，局部、全局找是否有合适的函数，如果有则调用已存在的，否则生成函数（这里double类型就没有合适的，所以调用生成函数）。


通过上面两张图我们可看到，我将模板屏蔽后代码是可以执行的，这是因为，我们自己定义的函数，支持隐式类型转换(从打印结果可以看到，从在数据丢失问题)，当我们，将自定义函数屏蔽后，成序出错，这是因为，我们只声明了一个类型占位符，编译不知道将他推演成什么类型（间接反映出，编译器生成的函数，不支持隐式类型转换)。

对于这个问题，我们有三种方法解决：
1.在传递实参时，进行显示类型转换

   cout << add(a1,(int) a4) << endl;

2.在原模板上，增加一个模板参数

template<class T1,class T2>
T1 add(T1 x,T2 y){}//这里函数体省略了

3.模板显示实例化

   cout << add<int>(a1, a4) << endl;

具体改变大家可以用代码跑一下

三、类模板

1.1、什么是类模板

类模板是一种用来生成类定义的模板，其中可以包含一个或多个类型参数。这些类型参数可以在定义类的时候替换为任意类型，从而使得我们能够创建适用于多种数据类型的通用类定义。类模板的定义使用 template < class T> 或 template< typename T> 来声明一个类型参数（可以声明多个）。

1.2、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
}; 

我们以这个简单的线性表为例，进行讲解

template<class T>
class Vector
{
public:Vector(size_t capacity = 10): _pData(new T[capacity]),_size(0),_capacity(capacity){}// 使用析构函数演示：在类中声明，在类外定义。~Vector();void PushBack(const T& data)；void PopBack()；size_t Size() { return _size; }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，需要加模板参数列表
template <class T>
Vector<T>::~Vector()
{if (_pData)delete[] _pData;_size = _capacity = 0;
}

在对类模板进行定义时，类的成员函数一样可以使用，模板参数精选模板定义。

1.3、类模板于函数模板的区别

类模板不同于函数模板，它没有自动类型推导的使用方式，类模板在使用时，只能使用显示定义的方式 例：

//使用类模板创建对象Vector<int> v1;vector<double> v2;

这里我们要知道，类名（vector）并不是所创建对象的类型，只有对象被实力出来，它才具有类型（vector< int>、vector< double>）.

类模板可以有，默认参数类型例：

template<class T1, class T2, ..., class Tn=int>//默认参数类型 
class 类模板名
{// 类内成员定义
}; 

这里同定义函数时，使用缺省参数，原理相同。