一文搞懂模板(template)

背景引入：
想象一下，我们要实现一个整数相加，浮点数相加的函数，如果按C语言的思路，我们需要写两个函数名不同的函数，来完成相加；如果C++语言，则可以通过函数重载的特性，写两个函数名相同，但参数列表不同的函数，来完成任务。
不管怎么样，我们都需要实现两个函数？

那么我们可以只写一个通用的函数，来完成这个任务吗？
接下来就要请模板出场！

1. 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性类型版本。

2. 使用方法

使用如下方法定义函数模板，并且可以根据需要定义多个模板参数。
template<class A, class B…>

template<class T>    //template<typename T>   也可以
T Add(T x, T y)
{
    
    
	return x + y;
}

3. 模板原理

在编译器编译阶段，对于函数模板的使用，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。
例如：当使用double类型使用函数模板时，编译器通过对实参推演，会自动生成一份double类型的函数，以供调用。

---

template<class T>    //template<typename T>   也可以
T Add(T x, T y)
{
    
    
	return x + y;
}


int main()
{
    
    

	int a = 10;
	int b = 11;

	double c = 1.1;
	double d = 2.2;

	Add(a, b);
	Add(c, d);
	return 0;
}

从上面的例子可以看出，编译器确实自动生成了两个参数不同的函数（因为调用地址不同）。

4. 模板实例化

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。

4.1 隐式实例化

让编译器根据实参类型，自己推演。

template<class T>    //template<typename T>   也可以
T Add(T x, T y)
{
    
    
	return x + y;
}


int main()
{
    
    

	int a = 10;
	int b = 11;

	double c = 1.1;
	double d = 2.2;

	Add(a, b);  // 生成整形模板
	Add(c, d);   //生成double模板
	Add(a, d);   // 编译报错，因为a是int，b是double，只有一个模板T，编译器不知道生成哪个。
	// 解决方法：
	//1.用户自己来强制转化
	Add(a, (int)d);
	//2. 使用显示实例化
	return 0;
}

4.2 显式实例化

在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型。

int a = 10;
double b =1.1;
Add<int>(a, b);   //显示实例化
// 如果类型不配，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会自动报错。

5. 模板参数匹配规则

1. 一个非模板参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
}

2. 对于非模板函数和同名函数模板，如果其他条件都相同，在调用时优先调用非模板函数而不会从模板特化一个实例；如果模板可以产生一个更合适的函数，那么选择模板。

// 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
}

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。

6. 类模板

6.1 定义格式

类模板不是真正的类，而实例化的结果才是真正的类。

template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class A
{
    
    
 // 类内成员定义
};

实例化一个类型为A的a对象，类型要求为int。

A<int> a;
// A 类名，A<int> 才是类型