一、泛型编程
C 语言不支持泛型编程，C++ 支持泛型编程。
实现一个通用的交换函数：
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; }
使用函数重载虽然可以实现，但是有几个 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。
而且上述函数它们的逻辑相似，唯一不同的就是待交换元素的类型。
能否告诉编译器一个模具，让编译器根据不同的类型利用该模具来生成对应的代码呢？
在 C++ 中，存在这样一个模具，叫做模板（template ）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），这会给我们节省很多时间。
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（Function Template）
1、概念
函数模板不是一个实在的函数，编译器不能为其生成可执行代码。定义函数模板后只是一个对函数功能框架的描述，当它具体执行时，将根据传递的实参类型决定其功能。
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。
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) { 函数体 }
注意：
- 其中 template 和 typename 都是关键字。
- typename 是用来定义模板参数关键字，也可以使用 class 关键字代替，在这里 typename 和 class 没有区别（切记：不能使用 struct 代替 class）。
template <typename T> // T代表一个模板类型(虚拟类型)，具体是什么类型，得实例化了才知道 void Swap(T& left, T& right) { T temp = left; left = right; right = temp; } int main() { double d1 = 2.0; double d2 = 5.0; Swap(d1, d2); int i1 = 10; int i2 = 20; Swap(i1, i2); char a = '0'; char b = '9'; Swap(a, b); return 0; }
上面三次调用是同一个函数模板吗？
不是。
3、函数模板的原理
函数模板并不是一个实在的函数，而是一个 对函数功能框架的描述，是 编译器根据实参类型产生具体类型函数的模具。
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， 提高了编程效率。
编译阶段经历如下过程：
- 先进行模板推演，推演 T 的具体类型是什么。
- 推演出 T 的具体类型后，再实例化生成具体的函数。
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：传入 double 类型实参来使用函数模板时 ，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 int、char 类型等也是如此。
4、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 a = 10; double d = 10.0; cout << Add(a, d) << endl; // 编译失败，模板参数T不明确 // 用强制类型转换生成的临时变量作为实参传递 Add(a, (int)d); Add((double)a, d); return 0; }
无法通过编译的原因：
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 a 将 T 推演为 int，通过实参 d 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。
注意：在模板中，编译器一般不会进行类型转换操作，因为一旦转化出问题，编译器就需要背黑锅。
（2）显式实例化
在函数名后的 <> 中指定模板参数的实际类型。
有些函数模板的参数列表中没有用模板参数，在函数体中才有用，所以无法通过实参来推演 T 的类型，只能显式实例化。
template <class T> T func(int x) { T a(x); return a; } int main() { // func(1); // error func <int>(1); // 指定模板参数的实际类型为int func <double>(1); // 指定模板参数的实际类型为double func <A>(1); // 指定模板参数的实际类型为自定义类型A return 0; }
5、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。
模板匹配原则：
- 有现成完全匹配的，就直接调用。
- 没有现成完全匹配的，调用模板实例化生成的。
// 专门处理int的加法函数 int Add(int a, int b) { return a + b; } // 通用加法函数 template <class T> T Add(T a, T b) { return a + b; } int main() { cout << Add(1, 2) << endl; // 与非模板函数匹配，编译器不需要特化 cout << Add <int>(1.1, 2.2) << endl; // 调用编译器特化的Add版本 Add(1.1, 2.2); // 没有现成匹配的，优先选择编译器特化的Add(double, double)函数 return 0; }
（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。
// 专门处理int的加法函数 int Add(int a, int b) { return a + b; } // 通用加法函数 template <class T1, class T2> T1 Add(T1 a, T2 b) { return a + b; } int main() { 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 return 0; }
（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。
int Add(const int& a, const int& b) { return a + b; } int main() { int a = 10; double d = 10.0; Add(a, d); // 类型不匹配，编译器进行隐式类型转换 return 0; }
三、类模板（Class template）
1、概念
类模板是对一批仅仅成员数据类型不同的类的抽象，程序员只要为这一批类所组成的整个类家族创建一个类模板，给出一套程序代码，就可以用来生成多种具体的类（这些类可以看作是类模板的实例），从而大大提高编程的效率。
类模板的成员函数是按需实例化：只有当程序用到它时才进行实例化。
当类模板的成员函数（包括普通成员函数、成员函数模板）被调用时（即程序中出现了对该成员函数 / 函数模板的调用代码时），编译器才会帮我们把这些函数的具体实现代码进行实例化。若模板类中的某函数在程序中从未被调用过，那么编译器就不会实例化（生成）该成员函数的具体代码。
类模板成员函数的模板形参由调用该函数的对象的类型确定。对象的模板实参能够确定成员函数的模板形参。
注意：类模板中的成员函数都是函数模板。
2、类模板的定义格式
template <class T1, class T2, ..., class Tn> class 类模板名 { // 类内成员定义 };
（1）举例一
// 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 { 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 // ... private: T* _a; size_t _top; size_t _capacity; }; // 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; }
（2）举例二
template <class T> class Vector { public : Stack(size_t capacity = 0) { if (capacity > 0) { _a = new T[capacity]; _capacity = capacity; _top = 0; } } ~Stack() { delete[] _a; _a = nullptr; _capacity = _top = 0; } void Push(const T& x); // 在类里面声明，类外面定义 void Pop() { assert(_top > 0); --_top; } bool Empty() { return _top == 0; } const T& Top() { assert(_top > 0); return _a[_top - 1]; } private: T* _a = nullptr; size_t _top = 0; size_t _capacity = 0; }; // 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> void Stack<T>::Push(const T& x) { if (_top == _capacity) { size_t newCapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2; // 开新空间 T* tmp = new T[newCapacity]; if (_a) { memcpy(tmp, _a, sizeof(T)*_top); // 拷贝数据 delete[] _a; // 释放旧空间 } _a = tmp; _capacity = newCapacity; } _a[_top] = x; ++_top; }
注意：函数 / 类模板不支持分离编译。
比如：声明放在 .h ，定义放在 .cpp。 在 .h 里实例化了，但在 Stack.cpp 里却没有实例化，而 test.cpp 去找的时候，只有声明，没有定义，会报链接错误。如果声明和定义分离，需要将模板写在同一个文件里。
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。
Vector<int> s1; Vector<double> s2; // 注意：Vector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
Vector 是类名，Vector<int> 才是类型。
- 对于普通类，类名就是类型。
- 对于类模板，类名不是类型，类名才是类型。
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。
