C++之初階模板

初階模板

1. 泛型編程

引入：如何實現一個通用的交換函數呢？

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;
}

使用函數重載雖然可以實現，但是有幾個不好的地方：

1. 重載的函數僅僅只是類型不同，代碼的複用率比較低，只要有新類型出現時，就需要增加對應的函數；
2. 代碼的可維護性低，一個出錯可能所有的重載均出錯。
   所以我們想着能否告訴編譯器一個模子，讓編譯器根據不同的類型利用該模子生成代碼呢？

這裏引入泛型編程的概念，即編寫與類型無關的通用代碼，是代碼複用的一種手段。模板是泛型編程的基礎。
模板分爲：函數模板和類模板。

2. 函數模板

2.1概念：函數模板代表了一個函數家族，該函數模板與類型無關，在使用時被參數化，根據實參類型產生函數的特定類型版本。

格式： template<typename T1, typename T2,…,typename Tn>
返回值類型 函數名（參數列表）{}

template<typename T>

void Swap(T& left, T& right)
{
	T temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}

注意：typename是用來定義模板參數的關鍵字，也可以使用class（切記：不能使用struct代替class）

2.2 函數模板的原理

模板是一個藍圖，它本身並不是函數，是編譯器用使用方式產生特定具體類型函數的模具。所以其實模板就是將本來應該我們做的重複的事情交給了編譯器。換言之，在編譯器編譯階段，對於模板函數的使用，編譯器需要根據傳入的實參類型來推演生成對應類型的函數以供調用。比如：當用double類型使用函數模板時，編譯器通過對實參類型的推演，將T確定爲double類型，然後產生一份專門處理double類型的代碼，對於字符類型也是如此。

2.3 函數模板的實例化

用不同類型的參數使用函數模板時，稱爲函數模板的實例化。模板參數實例化分爲：隱式實例化和顯示實例化。

（1）隱式實例化：讓編譯器根據實參推演模板參數的實際類型

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);

	/*Add(a1, d1);
	該語句不能通過編譯，因爲在編譯期間，模板參數只有一個T，編譯器無法確定此處到底該將T確定爲int或者double
	*/
	//此時，有兩種處理方式， 1.用戶自己來強制轉化， 2.使用顯示實例化
	Add(a, (int)d);
	return 0;
}

（2）顯示實例化：在函數名後的<>中指定模板參數的實際類型

int main()
{
	int a = 10;
	double b = 20.0;

	//顯示實例化
	Add<int>(a, b);
	return 0;
}

2.4 模板參數匹配原則

（1）一個非模板函數可以和一個同名的函數模板同時存在，而且該函數模板還可以被實例化爲這個非模板函數

//專門處理int的加法函數
int Add(int left, int right)
{
	return left + right;
}

//通用加法函數
template<class T>

T Add(T left, T right)
{
	return left + right;
}

void Test()
{
	Add(1, 2); //與非模板函數匹配，編譯器不需要特化
	Add<int>(1, 2); //調用編譯器特化的Add版本
}

（2）對於非模板函數和同名函數模板，如果其他條件都相同，在調用時會優先調用非模板函數而不會從該模板產生一個實例。如果模板可以產生一個具有更好匹配的函數，那麼選擇模板

//專門處理int的加法函數
int Add(int left, int right)
{
	return left + right;
}

//通用加法函數
template<class T1, class T2>

T1 Add(T1 left, T2 right)
{
	return left + right;
}

void Test()
{
	Add(1, 2); //與非函數模板類型完全匹配，不需要函數模板實例化
	Add<int>(1, 2.0); // 模板函數可以生成更加匹配的版本，編譯器根據實參生成更加匹配的Add函數
}

（3）模板函數不允許自動類型轉換，但普通函數可以進行自動類型轉換

3. 類模板

3.1 類模板的定義格式

template <class T1, class T2,...,class Tn>
class 類模板名
{
	//類內成員定義
};

//動態順序表
template <class T>
class Vector
{
public:
	Vector(size_t capacity = 10)
		:_pData(new T[capacity])
		, _size(0)
		, _capacity(capacity)
	{}

	//使用析構函數演示：在類中聲明，在類外定義
	~Vector();

	void PushBack(const T& data)
	{
		//_CheckCapacity();
		_pData[_size++] = data;
	}

	void PopBack()
	{
		--_size;
	}

	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：類模板中函數放在類外進行定義時，需要加模板參數列表
template<class T>
Vector<T>::~Vector()
{
	if (_pData)
	{
		delete[] _pData;
	}
}

注意：Vector不是具體的類，是編譯器根據被實例化的類型生成具體類的模具

3.2 類模板的實例化

類模板實例化與函數模板實例化不同，類模板實例化需要在類模板名字後跟<>,然後將實例化的類型放在<>中即可，類模板名字不是真正的類，而實例化的結果纔是真正的類。

//Vector類名，Vector<int>纔是類型
Vector<int> s1;

s1.PushBack(1);
s1.PushBack(2);
s1.PushBack(3);

Vector<double> s2;
s2.PushBack(1.0);
s2.PushBack(2.0);
s2.PushBack(3.0);

關於類模板的使用:類模板的使用實際上是將類模板實例化成一個具體的類，它的格式爲：類名<實際的類型>

模板類是類模板實例化後的一個產物，說個具體點的例子吧，我們把類模板比作是一個做餅乾的模子，而模板類就是用這個模子做出來的餅乾，至於這個餅乾是什麼味道的就要看你自己在實例化時用的是什麼材料了，你可以做巧克力餅乾，也可以做牛奶餅乾，這些餅乾出了材料不一樣外，其它的東西都是一樣的了。