【C++】模版初阶（初识模版）

目录

一、引言

二、函数模版

（一）函数模版的原理

（二）函数模版的实例化

1.隐式实例化

2.显式实例化

（三）模板参数的匹配原则

三、类模版

类模版的实例化

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一、引言

我们在练习题目的时候总会遇到需要进行数据交换的情景，有时还需要进行多次交换，所以经验丰富的我们会建立一个函数来实现数据的交换，但是每次碰到相应题目都需要手搓一个交换函数，这样的工作显得单调又冗余，那么可不可以实现一个通用的交换函数呢？对了，我们不是学过C++的函数重载嘛：

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;
}

使用函数重载固然可以实现，但是有以下不好的地方：

• 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。

• 代码的可维护性比较低，一个出错可能所有的重载均出错。

如果编译器可以帮我们完成数据交换这样的工作就好了，那么编译器可以做到吗？答案是肯定的。

C++ 模板是一种强大的编程工具，用于实现泛型编程，使得代码能够处理多种不同类型的数据而无需针对每种类型编写重复的代码。

有了模版，像交换数据这样重复的工作就可以让编译器代劳了。

二、函数模版

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。

函数模版的格式如下：

template <typename T>
T add(T a, T b) {
    return a + b;
}

typename 表示参数的类型，是用来定义模板参数的关键字，除此之外也可以用 class，即 template <class T>(切记：不能使用struct代替class)

（一）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。

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。

（二）函数模版的实例化

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);
 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;
}

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。

（三）模板参数的匹配原则

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
}

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

// 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 T1, class T2>
T1 Add(T1 left, T2 right)
{
 return left + right;
}
void Test()
{
 Add(1, 2); // 与非函数模板类型完全匹配，不需要函数模板实例化
 Add(1, 2.0); // 模板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
}

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

三、类模版

类模板允许定义通用类，可以用于处理多种类型的数据。

template <typename T>
class Pair {
private:
    T first, second;
public:
    Pair(T a, T b) : first(a), second(b) {}
    T getFirst() const { return first; }
    T getSecond() const { return second; }
};

类模版的实例化

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。

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