[C++]——学习模板

了解模板——初阶

前言：
一、模板
二、函数模板
三、类模板
四、总结

前言：

什么是模板？模板可以做什么？带着好奇的心态去学习模板一定会有很大的收获。

一、模板

1.1 什么是模板

模板是 C++支持参数化多态的工具，使用模板可以使用户为类或者函数声明一种一般模式，使得类中的某些数据成员或者成员函数的参数、返回值取得任意类型。

1.2 模板的概念

模板（Template）指 C++ 程序设计设计语言中采用类型作为参数的程序设计，支持通用程序设计。C++的标准库提供许多有用的函数大多结合了模板的观念，如 STL 以及 iostream。

模板是一种对类型进行参数化的工具。
通常有两种形式：函数模板和类模板:

函数模板：针对仅参数类型不同的函数；
类模板：针对仅成员变量和成员函数类型不同的类。

在模版中，编译器一般不会进行类型转换操作，因为一但转化出问题，编译器就要背黑锅。

1.3 模板可以做什么

使用模板的目的就是能够让程序员编写与类型无关的代码.

1.4 泛型模板

泛型编程：编写与类型无关的通用代码，是代码复用的一种手段。模板是泛型编程的基础。

二、函数模板

函数模板编译（两次）：
1：没有实例化之前，检查代码本身是否有语法错误。
2：实例化期间，检查对模板代码的调用是否合法。

2.1 函数模板概念和格式

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。

格式：

template<typename T1, typename T2,…,typename Tn>
返回值类型函数名 ( 参数列表 ){}

案例如下：

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

注意： typename 是用来定义模板参数的关键字，也可以使用 class( 切记：不能使用 struct 代替
class)

2.2 函数模板原理

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。

网图：
在这里插入图片描述

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。

2.3 函数模板实例化

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

2.3.1 隐式实例化

隐式实例化：也叫推演实例化，函数参数传递，推出模板参数的类型，生成对应的函数。（让编译器根据实参推演模板参数的实际类型）

2.3.2 显式实例化

显式实例化：在函数名后的 <> 中指定模板参数的实际类型

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
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。（简单来说就是有现成的就用现成得，有更合适得就用更合适得，没有就将就用模板）
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

2.5 函数模板声明定义分离

可以声明定义分离
不同的是模板参数声明定义都要给

//声明
template<typename T>
void Swap(T& left, T& right);
//定义
template<typename T>
void Swap(T& left, T& right)
{
    
    
    T temp = left;
    left = right;
    right = temp;
}

三、类模板

3.1 类模板的定义格式

//可以声明多个模板参数
template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 类模板名
{
    
    
    // 类内成员定义
};

3.2 类模板实例化

类模板实例化与函数模板实例化不同，类模板都是显式实例化，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。

对于普通类，类名就是类型
对于类模板，类名不是类型，类名<类型>才是整个类的类型

3.3 类模板声明和定义分离

// 类模板
// 注意：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
template<class T>
class Stack
{
    
    
private:
	T* _a;
	size_t _top;
	size_t _capacity;

public:
	// ...
	Stack(size_t capacity = 10)
		:_a(new T[capacity])
		,_top(0)
		,_capacity(capacity)
	{
    
    }

	~Stack(); // 析构函数，在类中声明，类外定义
};

// 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>
Stack<T>::~Stack()
{
    
    
	if (_a)
	{
    
    
		delete[] _a;
		_a = nullptr;
	}
	_top = _capacity = 0;
}

int main()
{
    
    
	// 类模板的使用都是显式实例化
    // Stack是类名，Stack<int>才是类型
	Stack<int*> st1;
	Stack<int> st2;

	return 0;
}

注意： 模板不支持把声明写到 .h 头文件，定义写到 .cpp 源文件的这种声明与定义分离在不同文件中的方式，会出现链接错误。

四、总结

注意： 一个模板，如果没有实例化，编译器是不会去检查它内部的语法的。

优点：

模板复用了代码，节省资源，更快的迭代开发， C++ 的标准模板库 (STL) 因此而产生

增强了代码的灵活性

缺点：

模板会导致代码膨胀问题，也会导致编译时间变长

出现模板编译错误时，错误信息非常凌乱，不易定位错误