模板初阶

泛型编程

我们先来思考一个问题，如果有人让你实现一个通用的交换函数你们会怎么做？有的小伙伴会说，我会使用函数重载的方式，把每一种类型重载，但…难道就没有更容易的办法，不用敲那么多次吗？ok，就来看看我们今天要介绍的模板，能很好的帮你解决这个问题。

使用函数重载虽然可以实现，但是有一下几个不好的地方：

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

这时候我们就需要告诉编译器一个模子，让编译器按照不同的类型来利用该模板生成代码！比如以下例子：

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。

函数模板

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。

函数模板格式

template<typename T1, typename T2,…,typename Tn>

返回值类型 函数名(参数列表){}

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

注意：typename是用来定义模板参数关键字，也可以使用class，编译器会自动判别类型(切记：不能使用struct代替class)

函数模板的原理

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

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。

注意：1.如果有多个函数参数时，可以在模板函数参数链表处多加一个参数，也可以使用强转。

2.函数模板不是一个函数，而是一个模具，是编译器更具实例化自动生成的规则

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。

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& left, const T& right)
{
 return left + right;
}
//注意这里使用const引用，这里相当于是个万能引用，因为它既可以调用变量，也可以调用常量，而这里
//因为后边调用的是常量，所以必须采用const修饰过的
int main()
{
 int a1 = 10, a2 = 20;
 double d1 = 10.0, d2 = 20.0;
 Add(a1, a2);
 Add(d1, d2);
 /*
 该语句不能通过编译，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d1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
 Add(a1, d1);
 */
 // 此时有两种处理方式：1. 用户自己来强制转化 2. 使用显式实例化
 Add(a, (int)d);
 return 0;
}

显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

：明确指明了参数的类型，如果传入的参数不符合，会自动强转成规定类型

int main(void)
{
  int a = 10;
  double b = 20.0;
  // 显式实例化
  Add<int>(a, b);
  return 0;
}

如果类型不匹配，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将会报错。

函数模板的编译原理:

1.在实例化之前:只是对模板进行简单的语法检测

2.在实例化之后:根据用户对函数模板的实例化结果来生成处理对应类型的代码，并对这些代码进行再次编译

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

// 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 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