C++【模板&&STL简介】

C++模板&&STL初阶

一、泛型编程

所谓泛型编程，就是不依赖于某一具体类型而使代码具有很强适应性的编程范式。是代码复用的一种手段。模板是泛型编程的基础。我们可以用函数重载来实现。
如图下面代码：

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;
}

从上面看以看出使用函数重载虽然可以实现，但是有缺陷：
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。
解决方法是告诉编译器一个模板，让编译器根据不同的类型利用该模子来生成代码。
如果在C++中，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），那将会节省许时间。
模板分为两种:函数模板和类模板。

二、函数模板

2.1.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

2.2.函数模板格式

template<typename T1, typename T2,…,typename Tn>
返回值类型 函数名(参数列表){}
typename是用来定义模板参数关键字，也可以使用class(不能使用struct代替class)。

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

原理分析:
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提供调用。并不是调用同一个函数比如：当用int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int类型，然后产生一份专门处理int类型的代码，对于double和char类型等也是一样。

2.3.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& a, const T& b)
{
    
    
return a + b;
}
int main()
{
    
    
     int a1 = 1, a2 = 2;
     double b1 = 1.0, b2= 2.0;
      Add(a1, a2);//1
      Add(b1, b2);//2
      Add(a1,b2);//3
      return 0;
}

执行1和2会正常运行，而执行3的时候会报错，如图：

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，通过实参把b2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。在模板中，编译器一般不会进行类型转换操作。解决两种方法：1. 用户自己来强制转化 2. 使用显式实例化
2.显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型、
比如以上可以这样改：Add(a, b);

2.4.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。

    int Add(int a, int b)
    {
    
    
        return a+b;
    }
    template<class T>
    T Add(T a, T b)
   {
    
    
       return a+b;
   }
  int main()
  {
    
    
      Add(1, 2); // 1
      Add<int>(1, 2); // 2
  }      

执行1时 与非模板函数匹配，编译器不需要实例化。
执行2时调用编译器实例化的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, 也就是说编译器会调用成本低的。

 int Add(int a, int b)
    {
    
    
        return a+b;
    }
    template<class T>
    T Add(T a, T b)
   {
    
    
       return a+b;
   }
  int main()
  {
    
    
      Add(1, 2); //1
      Add(1, 2.0);//2
  }      

执行1时，它 与非函数模板类型完全匹配，不需要函数模板实例化。
执行2时，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、 类模板

3.1.模板的定义格式

在C＋＋中规定如果一个类被声明为类模板，那么其中的所有成员函数就都成为了模板函数。
类模板格式：
template<class T1, class T2, …, class Tn>
class 类模板名
{
// 类内成员定义
};
如下图：

template<class T>
class Stack
{
    
    
public:
	Stack(int capaicty = 4)
	{
    
    
		_a = new T[capaicty];
		_top = 0;
		_capacity = capaicty;
	}
	~Stack()；
private:
	T* _a;
	size_t _top;
	size_t _capacity;
};
     template <class T>
     Stack<T>::~Stack()
     {
    
    
         delete[] _pData;
        _size = _capacity = 0;
     }
    int main()
    {
    
    
	     Stack st1; 
	     Stack st2; 
	     vector<int> c;
	     for (size_t i = 0; i < c.size(); ++i)
	   {
    
    
		  cout << c[i] << " ";
	   }
	   return 0;
}

Stack不是具体的类，是编译器根据被实例化的类型生成具体类的模具。类模板中函数放在类外进行定义时，需要加模板参数列表

3.2.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。
对于Stack st1,和 Stack st2，如何同时做到一个存int类型，一个存double类型，就可以用类模板，并显示实例化，而且类模板只能显示实例化。如下：

         Stack<int> st1; 
	     Stack<double> st2; 

STL简介

一、STL的概念、组成及缺陷

概念：
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，而且是一个包含数据结构与算法的软件框架。
组成：
有六大组件：
1.仿函数：greater，less…
2.空间配置器：allocator
3.算法：find，swap，reverse，sort，merge…
4.容器：string，vector，list，deque，map，set，multimap，mutiset
5.迭代器：iterator,const_irerator,reverse_iretator,const_reverse_iterator
6.配接器：stack，queue，priority_queue
缺陷：

1. STL库的更新太慢，上一版靠谱是C++98，中间的C++03基本一些修订。C++11出来已经相隔了13年，STL才进一步更新。
2. STL现在都没有支持线程安全。并发环境下需要我们自己加锁。且锁的力度是比较大的。
3. STL极度的追求效率，导致内部比较复杂。比如类型萃取，迭代器萃取。
4. STL的使用会有代码膨胀的问题，比如使用vector/vector/vector这样会生成多份代码，当然这是模板语法本身导致的。

STL用途前景：
网上总说：“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。
学习STL的三个境界：熟练用，明底层，能扩展 。

二、STL的版本

1.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。
2.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。
3.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。
4.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。