前言
本文将讲述C++模板初阶的相关知识。
🕺作者： 迷茫的启明星
专栏：《C++初阶》
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模板初阶
模板是什么，在《说文解字》中的解释是这样的：
本义为模具、木器等用来做东西的工具。
《说文解字》中还引用了《荀子·劝学》：“凡学，必有所师。执礼者，敬人；执武者，存人；执财者，治人；执法者，定人；执策者，变人。凡为学者，莫如慕习古圣贤之道，读古书，寻古迹，详从古人所著作中得其大意，充塞于胸中，以自见于前，明于后，章于万物之表，列于天地之间。皆以此为模板，无所不充。”
在编程也是一样，我们想要实现一个对象，如果有了模板是不是就会简单很多呢？那么现在我们开始学习吧！
1. 泛型编程
首先我们思考一下，如何实现一个通用的交换函数呢？
在学习模板之前，我们一般会这样想，利用函数重载的原理实现这个目标
就像这样：
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
那能否告诉编译器一个模子，让编译器根据不同的类型利用该模子来生成代码呢？
如果在C++中，也能够存在这样一个模具，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），那将会节省许多头发。巧的是前人早已将树栽好，我们只需在此乘凉hhh。
这就是泛型编程
泛型编程就是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。
2. 函数模板
我们先来学习函数模板
1. 函数模板概念
函数模板概念是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){}
举个例子你就明白了，还记得刚刚的Swap函数吗？
我们使用模板来实现一下
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(切记：不能使用struct代替class)
3. 函数模板的原理
之前我们使用函数重载太麻烦了，不是说不能用，可是每个函数之间相差并不多，于是大佬就发明了模板，也验证那句话：“世界是由懒人创造的”
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
大概就是这样：
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。
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。
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; } int main() { int a1 = 10, a2 = 20; double d1 = 10.0, d2 = 20.0; Add(a1, a2); Add(d1, d2); //Add(a1, d1);//不允许 /* 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 */ // 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
int main(void) { int a = 10; double b = 20.0; // 显式实例化 Add<int>(a, b); return 0; }
还有这种用法
class A { public: A(int a = 0) : _a(a) { cout << "A():" << this << endl; } ~A() { cout << "~A():" << this << endl; } private: int _a; }; template<class T> T* Func(int n) { T* a = new T[n]; return a; } int main() { Func<A>(10); return 0; } /*
解释：在主函数中，通过调用Func<A>(10)实例化出一个类型为A的数组a，大小为10。
由于是动态分配内存，因此会在堆区申请一段连续的内存空间。
数组a的元素是A类型的对象，每个对象都会自动调用构造函数进行初始化，
因此在控制台输出了10次“ A():[地址]”。
函数模板内部使用new运算符动态分配内存，返回值是一个指向T类型的指针，
因此Func<A>(10)返回的是T*类型的a指针。
*/
注意：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。
5. 模板参数的匹配原则
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 }
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 }
\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
这很容易理解，如果模板函数允许类型转换，那么它的参数类型就毫无意义了，是不是?
6. 模板不支持分离编译
什么意思呢？
也就是说不允许声明放在.h 定义放在.cpp – 原因等后面模板进阶再讲解
但是模板在同一个文件中，是可以声明和定义分离的
具体是怎么回事我们后面讲~
3. 类模板
类模板今天我们只是简单了解一下，后面我们讲模板进阶的时候再来深入讲解。
1. 类模板的定义格式
和函数模板类似
template<class T1, class T2, ..., class Tn> class 类模板名 { // 类内成员定义 };
// 动态顺序表 // 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 template<class T> class Vector { public : Vector(size_t capacity = 10) : _pData(new T[capacity]) , _size(0) , _capacity(capacity) {} // 使用析构函数演示：在类中声明，在类外定义。 ~Vector(); void PushBack(const T& data)； void PopBack()； // ... size_t Size() {return _size;} T& operator[](size_t pos) { assert(pos < _size); return _pData[pos]; } private: T* _pData; size_t _size; 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> Vector<T>::~Vector() { if(_pData) delete[] _pData; _size = _capacity = 0; }
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类名，Vector<int>才是类型 Vector<int> s1; Vector<double> s2;
后记
感谢大家支持！！！
respect！
下篇见！
