Ⅲ. 函数模板实例化
0x00 引入：这些不同类型的Swap函数是怎么来的
int a = 0, b = 1; Swap(a, b);
编译器在调用 Swap(a, b) 的时候，发现 a b 是整型的，编译器就开始找，
虽然没有找到整型对应的 Swap，但是这里有一份模板 ——
template<typename T> // 大家好我是模板，飘过~ void Swap(T& rx, T& ry) { T tmp = rx; rx = ry; ry = tmp; }
这里要的是整型，编译器就通过这个模板，推出一个 T 是 int 类型的函数。
这时编译器就把这个模板里的 T 都替换成 int，生成出一份 T 是 int 的函数。
char e = 'e', f = 'f'; Swap(e, f);
一样的，如果要调用 Swap(e, f) ，e f 是字符型，编译器就会去实例化出一个 char 的。
你调的函数还是那些函数，只是你写一份模板出来，让编译器去用模板生成那些函数。
前面注意事项那里我们说过，函数模板本身不是函数。
它是是编译器使用方式产生特定具体类型函数的模具，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。
0x01 转到反汇编观察
🐞 我们刚才调试的时候在监视窗口已经看到了，它们的值成功交换了。
现在我们再调试一次，这次转到反汇编，去验证一下编译器通过模板生成函数这件事：
0x01 模板实例化的定义
模板将我们本来应该要重复做的活，交给了编译器去做。
编译器不是人，它不会累，让编译器拿着模板实例化就完事了。
用手搓衣服舒服，还是用洗衣机洗舒服？
自己手写舒服，还是编译器自己去生成舒服？
📚 用不同类型的参数使用模板参数时，成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 ，下面我们来分别讲解一下这两种实例化。
0x02 模板的隐式实例化
📚 定义：让编译器根据实参，推演模板函数的实际类型。
我们刚才讲的 Swap 其实都是隐式实例化，就是让编译器自己去推。
💬 现在我们再举一个 Add 函数模板做参考：
#include <iostream> using namespace std; template<class T> T Add(const T& x, const T& y) { return x + y; } int main(void) { int a1 = 10, a2 = 20; double d1 = 10.1, d2 = 20.2; cout << Add(a1, a2) << endl; cout << Add(d1, d2) << endl; return 0; }
❓ 现在思考一个问题，如果出现 a1 + d2 这种情况呢？实例化能成功吗？
Add(a1, d2);
这必然是失败的， 因为会出现冲突。一个要把它实例化成 int ，一个要把它实例成 double，
💡 解决方式
① 传参之前先进行强制类型转换，非常霸道的解决方式：
template<class T> T Add(const T& x, const T& y) { return x + y; } int main(void) { int a1 = 10, a2 = 20; double d1 = 10.1, d2 = 20.2; cout << Add(a1, a2) << endl; cout << Add(d1, d2) << endl; cout << Add((double)a1, d2) << endl; return 0; }
② 写两个参数，那么返回的参数类型就会起决定性作用：
#include <iostream> using namespace std; template<class T1, class T2> T1 Add(const T1& x, const T2& y) { // 那么T1就是int，T2就是double return x + y; // 范围小的会像范围大的提升，int会像double "妥协" } // 最后表达式会是一个double，但是最后返回值又是T1，是int，又会转 int main(void) { int a1 = 10, a2 = 20; double d1 = 10.1, d2 = 20.2; cout << Add(a1, d2) << endl; // int，double 👆 return 0; }
当然，这种问题严格意义上来说是不会用多个参数来解决的，
这里只是想从语法上演示一下，我们还有更好地解决方式，我们继续往下看。
③ 我们还可以使用 "显式实例化" 来解决：
Add<int>(a1, d2); // 指定实例化成int Add<double>(a1, d2) // 指定实例化成double
我们下面先来详细介绍一下显式实例化，然后再回来看看它是如何解决的。
0x03 模板的显式实例化
📚 定义：在函数名后的 < > 里指定模板参数的实际类型。
简单来说，显式实例化就是在中间加一个尖括号 < > 去指定你要实例化的类型。
（在函数名和参数列表中间加尖括号）
函数名 <类型> (参数列表);
💬 代码：解决刚才的问题
template<class T> T Add(const T& x, const T& y) { return x + y; } int main(void) { int a1 = 10, a2 = 20; double d1 = 10.1, d2 = 20.2; cout << Add(a1, a2) << endl; cout << Add(d1, d2) << endl; cout << Add<int>(a1, d2) << endl; // 指定T用int类型 cout << Add<double>(a1, d2) << endl; // 指定T用double类型 return 0; }
🚩 运行结果：
🔑 解读：
像第一个 Add(a1, a2) ，a2 是 double，它就要转换成 int 。
第二个 Add(a1, a2)，a1 是 int，它就要转换成 double。
这种地方就是类型不匹配的情况，编译器会尝试进行隐式类型转换。
像 double 和 int 这种相近的类型，是完全可以通过隐式类型转换的。
如果无法成功转换，编译器将会报错。
🔺 总结：
函数模板你可以让它自己去推，但是推的时候不能自相矛盾。
你也可以选择去显式实例化，去指定具体的类型。
0x04 模板参数的匹配原则
我们还是用刚才的 Add 函数模板来举例，现在我需要对整型的 a1 和 a2 进行加法操作：
template<class T> T Add(const T& x, const T& y) { return x + y; } int main(void) { int a1 = 10, a2 = 20; cout << Add(a1, a2) << endl; return 0; }
我们是通过这个 Add 函数模板，生成 int 类型的加法函数的。
💬 如果我们有一个现成的、专门用来处理 int 类型加法的函数：
// 专门处理int的加法函数 int Add(int x, int y) { return x + y; } // 通用加法函数 template<class T> T Add(const T& x, const T& y) { return x + y; } int main(void) { int a1 = 10, a2 = 20; cout << Add(a1, a2) << endl; return 0; }
❓ 思考：如果你是编译器，当 Add(a1, a2) 时你会选择用哪一个？
是用函数模板印一个 int 类型的 Add 函数，还是用这现成的 Add 函数呢？
我们继续往下看……
📚 匹配原则：
① 一个非模板函数可以和一个同名的模板函数同时存在，
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 x, int y) { cout << "我是专门处理int的Add函数: "; return x + y; } // 通用加法函数 template<class T> T Add(const T& x, const T& y) { cout << "我是模板参数生成的: "; return x + y; } int main(void) { int a1 = 10, a2 = 20; cout << Add(a1, a2) << endl; // 默认用现成的，专门处理int的Add函数 cout << Add<int>(a1, a2) << endl; // 指定让编译器用模板，印一个int类型的Add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，
在调用时会优先调用非模板函数，而不会从该模板生成一个实例。
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 x, int y) {
cout << "我是专门处理int的Add函数: ";
return x + y;
}
// 通用加法函数
template
T1 Add(const T1& x, const T2& y) {
cout << "我是模板参数生成的: ";
return x + y;
}
int main(void)
{
cout << Add(1, 2) << endl; // 用现成的
//（与非函数模板类型完全匹配，不需要函数模板实例化）
cout << Add(1, 2.0) << endl; // 可以，但不是很合适，自己印更好
//（模板参数可以生成更加匹配的版本，编译器根据实参生产更加匹配的Add函数）
return 0;
}
// 专门处理int的加法函数 int Add(int x, int y) { cout << "我是专门处理int的Add函数: "; return x + y; } // 通用加法函数 template<class T1, class T2> T1 Add(const T1& x, const T2& y) { cout << "我是模板参数生成的: "; return x + y; } int main(void) { cout << Add(1, 2) << endl; // 用现成的 //（与非函数模板类型完全匹配，不需要函数模板实例化） cout << Add(1, 2.0) << endl; // 可以，但不是很合适，自己印更好 //（模板参数可以生成更加匹配的版本，编译器根据实参生产更加匹配的Add函数） return 0; }
Ⅳ. 类模板
0x00 引入：和本篇开头本质上是一样的问题
💬 就比如 Stack，如果我们定它是 int，那么它就是存整型的栈：
class Stack { public: Stack(int capacity = 4) : _top(0) , _capacity(capacity) { _arr = new int[capacity]; } ~Stack() { delete[] _arr; _arr = nullptr; _capacity = _top = 0; } private: int* _arr; int _top; int _capacity; };
❓ 如果我想改成存 double 类型的栈呢？
当时我们在讲解数据结构的时候，是用 typedef 来解决的。
typedef int STDataType; class Stack { public: Stack(STDataType capacity = 4) : _top(0) , _capacity(capacity) { _arr = new int[capacity]; } ~Stack() { delete[] _arr; _arr = nullptr; _capacity = _top = 0; } private: STDataType* _arr; int _top; int _capacity; };
如果需要改变栈的数据类型，直接改 typedef 那里就可以了。
这依然是治标不治本，虽然看起来就像是支持泛型一样，
它最大的问题是不能同时存储两个类型，你就算是改也没法解决：
int main(void) { Stack st1; // 存int数据 Stack st2; // 存double数据 return 0; }
你只能做两个栈，如果需要更多的数据类型……
那就麻烦了，你需要不停地CV做出各种数据类型版本的栈：
class StackInt {...}; class StackDouble {...}; ……
这和文章开头提到的问题（Swap）本质上是一个问题，就是不支持泛型。
它们类里面的代码几乎是完全一样的，只是类型的不同。
函数我们可以使用模板，类也是可以的，我们下面就来讲解一下类模板。
0x01 类模板的定义格式
📚 定义：和函数模板的定义方式是一样的，template 后面跟的是尖括号 < > ：
template<class T1, class T2, ..., class Tn> class 类模板名 { 类内成员定义 }
💬 代码：解决刚才的问题
template<class T> class Stack { public: Stack(T capacity = 4) : _top(0) , _capacity(capacity) { _arr = new T[capacity]; } ~Stack() { delete[] _arr; _arr = nullptr; _capacity = _top = 0; } private: T* _arr; int _top; int _capacity; }; int main(void) { Stack st1; // 存储int Stack st2; // 存储double return 0; }
但是我们发现，类模板他好像不支持自动推出类型，
它不像函数模板，不指定它也可以根据传入的实参去推出对应的类型的函数以供调用。
函数模板之所以能推，是因为有实参传形参这么一个 "契机" ，让编译器能帮你推。
你定义一个类，它能推吗？没这个能力你知道吧！
所以这里只支持显示实例化，我们继续往下看。
0x02 类模板实例化
基于上面的原因，我们想要对类模板实例化，我们可以使用显示实例化。
类模板实例化在类模板名字后跟 < >，然后将实例化的类型放在 < > 中即可。
类名 <类型> 变量名;
💬 代码演示：解决刚才的问题
template<class T> class Stack { public: Stack(T capacity = 4) : _top(0) , _capacity(capacity) { _arr = new T[capacity]; } ~Stack() { delete[] _arr; _arr = nullptr; _capacity = _top = 0; } private: T* _arr; int _top; int _capacity; }; int main(void) { Stack<int> st1; // 指定存储int Stack<double> st2; // 指定存储double return 0; }
📌 注意事项：
① 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 {...};
类模板名字不是真正的类，而实例化的结果才是真正的类。
② Stack 是类名，Stack 才是类型：
Stack<int> s1; Stack<double> s2;
0x03 类外定义类模板参数
❓ 思考问题：下面的 Push 为什么会报错？
template<class T> class Stack { public: Stack(T capacity = 4) : _top(0) , _capacity(capacity) { _arr = new T[capacity]; } // 这里我们让析构函数放在类外定义 void Push(const T& x); ~Stack(); private: T* _arr; int _top; int _capacity; }; /* 类外 */ void Stack::Push(const T& x) { ❌ ... }
🔑 解答：
① Stack 是类名，Stack 才是类型。这里要拿 Stack 去指定类域才对。
② 类模板中的函数在类外定义，没加 "模板参数列表" ，编译器不认识这个 T 。类模板中函数放在类外进行定义时，需要加模板参数列表。
这段代码第一个问题是没有拿 Stack 去指定类域，
最大问题其实是编译器压根就不认识这个T！
即使你用拿类型 Stack 指定类域，编译器也一样认不出来：
我们拿析构函数 ~Stack 来演示一下：
💬 代码演示：我们现在来看一下如何添加模板参数列表！
template<class T> class Stack { public: Stack(T capacity = 4) : _top(0) , _capacity(capacity) { _arr = new T[capacity]; } // 这里我们让析构函数放在类外定义 ~Stack(); private: T* _arr; int _top; int _capacity; }; // 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() { // Stack是类名，不是类型！ Stack<T> 才是类型， delete[] _arr; _arr = nullptr; _capacity = _top = 0; }
这样编译器就能认识了。
本章完！
