前言

我们会不会有疑惑为什么C++语言中，我们可以使用不同类型的变量直接调用库中函数，这也就和我们讲解的模板有关，可以说模板的出现给我们的语言使用方面带来了巨大的便利。那么今天就和小编一起去学习模板相关内容吧。

1.泛型编程

在我们没有学习模板之前，我们是如何实现一个不同数据类型的交换函数呢？利用我们之前学习到的知识，可能我们都会想到使用函数重载这个知识点。也就是：

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;
}

但是大家有没有想过我们需要实现多少个这样的函数呢？而且这里的问题还有就是：

1. 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

2. 代码的可维护性比较低，一个出错可能所有的重载均出错

那么我们就可以使用C++的模板去解决此类问题，那么使用模板这种的编程方式也就引出了我们泛型编程这个概念。

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。

2.模板

对于模板我们可分为函数模板和类模板。

2.1 函数模板

2.1.1 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。

2.1.2 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){}

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

这里就是一个函数模板的使用，我们调用时仅仅根据参数类型就会实例化成我们对应的函数。这里有一点我们需要注意的是：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)。

2.1.3 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

以下是通过函数模板的实例化去生成具体的函数

函数模板根据调用，自己推导模板参数类型，实例化出对应的函数

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：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，但是对于实例化出对应的函数我们不仅仅只能通过编译器的自动推演（有些函数编译器无法推演），也可以通过显式实例化的方式去进行函数实例化。具体的我们请一起看下面介绍。

2.1.4 函数模板的实例化

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& 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);
 /*
 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)d1);
 return 0;
}

上面代码小编提出了一个问题就是，对于我们两个实参是不同类型的参数，编译器就会产生错误因为编译器不知道我们需要实现的是那种类型的交换的函数，此时我们可以通过强制类型转化，或者显示实例化的方式，对于显示实例化我们对其介绍如下。

2. 显式实例化

对于显示实例化，我们仅仅只需要在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型，也就是：

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

那么该函数就被显示实例化为int类型的函数。

大部分时候我们都不需要显示实例化函数，但是对于某些函数我们是不得不使用显示实例化的，比如

template<class T>
T *Alloc(int n)//此处并没有和T这个类型相关的形参，无法推导
{
 return new T[n];
}

这个函数没有对应的形参，所以我们只可以使用显示实例化。

2.1.5 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

// 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

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

2.2 类模板

我们经常会使用库中对应得某写已经写好得类，但是对于不同类型得数据，在每个类中并不一致，那么我们得C++语言就给出了类模板这个概念，以解决此类问题。

2.2.1 类模板定义模式

template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 类模板名
{
// 类内成员定义
};

这里给大家举一个类模板，让大家好理解一下。

// 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>//这个模板的作用域仅是下面这一个函数的，如果我们还需要将增加一个函数在类外定义，就还需要加上这个模板

Vector<T>::~Vector()//对于普通类，类名和类型是一样的，对于类模板Vector类名，Vector<T>才是类型，这里限定类域我们需要指定的就是类型

{
if(_pData)
delete[] _pData;
_size = _capacity = 0;
}

以上就是我们实现的类模板，我们用该实例化出我们所需要存储对应类型的类，这里我们需要我们注意的函数定义和分离（这里仅限于同一个文件中，不同文件定义和声明小编会在模板进阶时给大家讲解）时需要定义一个模板提供给这个函数使用，而且需要注意的是，对于我们类模板产生的类，我们的类名是对应上面的：Vector，但是我们对应的类型就是：Vector<T>，而我们突破类域需要的是类的类型。

2.2.2 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;

C++之模板初阶

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