1. 泛型编程
1.1 函数重载弊端
如何实现一个通用的交换函数呢？学了C++还是比C语言方便的（引用+函数重载）：
#include<iostream> using namespace std; 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; } int main() { int a = 0, b = 1; double c = 1.1, d = 2.2; char e = 'e', f = 'f'; Swap(a, b); Swap(c, d); Swap(e, f); return 0; }
使用函数重载虽然可以实现，但是有不好的地方：
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。
1.2 泛型编程概念
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？ 如果在C++中能够存在这样一个 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。巧的是巨佬早已将树栽好，我们只需在此乘凉。
什么是泛型编程？
泛型，针对广泛的类型
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. 函数模板
2.1 函数模板的概念
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。
2.2 函数模板格式
template
或template
返回值类型 函数名 ( 参数列表 ){}
① template 是定义模板的关键字，后面跟的是尖括号 < >
② typename/class 是用来定义模板参数类型的关键字，一般使用class(不能使用struct代替class)
③ T1, T2, ..., Tn 表示的是函数名，可以理解为模板的名字，名字你可以自己取。
#include<iostream> using namespace std; template<class T> void Swap(T& left, T& right) { T temp = left; left = right; right = temp; } int main() { int a = 0, b = 1; double c = 1.1, d = 2.2; char e = 'e', f = 'f'; Swap(a, b); Swap(c, d); Swap(e, f); cout << a << " " << b << endl; return 0; }
成功输出 1 0
如果是自定义类型，函数里面就要是拷贝构造，实现好就行。
因为 T 没有规定是什么类型，所以任意类型都是可以的，内置类型和自定义类型都可以的。
2.3 函数模板原理
下面这三个交换函数调用的是同一个函数吗？
#include<iostream> using namespace std; template<class T> void Swap(T& left, T& right) { T temp = left; left = right; right = temp; } int main() { int a = 0, b = 1; double c = 1.1, d = 2.2; char e = 'e', f = 'f'; Swap(a, b); Swap(c, d); Swap(e, f); return 0; }
不是同一个函数。这三个函数执行的指令是不一样的，你可以这么想，它们都需要建立栈帧，栈帧里面是要开空间的，你就要给一个类型开空间，（大小可能是1字节/4字节/8字节......）类型都不一样（char int double ）。所以当然调用的不是同一个函数了。
那么如何解决上面的问题呢？大家都知道，瓦特改良蒸汽机，人类开始了工业革命，解放了生产力。机器生产淘汰掉了很多手工产品。本质是什么，重复的工作交给了机器去完成。
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。
所以这里调用的当然不是模板，而是这个模板造出来的东西。而函数模板造出 "实际要调用的" 的过程，叫做模板实例化。
编译器在调用之前会干一件事情 —— 模板实例化。
2.4 函数模板实例化
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<class T> void Swap(T& left, T& right) { T temp = left; left = right; right = temp; }
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。
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。
用不同类型的参数使用模板参数时，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
2.4.1 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() { 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 + d1 即int+double这种情况呢？实例化能成功吗？
这必然是失败的， 因为会出现冲突。编译器怎么知道T是什么呢？
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：
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() { int a1 = 10, a2 = 20; double d1 = 10.1, d2 = 20.2; cout << Add(a1, d1) << endl; 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，还有更好地解决方式：
③ 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
2.4.2 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);
#include <iostream> using namespace std; template<class T> T Add(const T& x, const T& y) { return x + y; } int main() { 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; }
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：函数模板可以让它自己去推，但是推的时候不能自相矛盾。
函数模板也可以选择去显式实例化，去指定具体的类型。
2.5 模板参数的匹配原则
#include <iostream> using namespace std; template<class T> T Add(const T& x, const T& y) { cout << "T" << endl; return x + y; } int Add(int x, int y) { cout << "int" << endl; return x + y; } int main() { int a1 = 10, a2 = 20; cout << Add(a1, a2) << endl; return 0; }
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？
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：（默认用非模板函数）
#include <iostream> using namespace std; template<class T> T Add(const T& x, const T& y) { cout << "T" << endl; return x + y; } int Add(int x, int y) { cout << "int" << endl; return x + y; } int main() { 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。
#include <iostream> using namespace std; template<class T1, class T2> T1 Add(const T1& x, const T2& y) { cout << "T" << endl; return x + y; } int Add(int x, int y) { cout << "int" << endl; return x + y; } int main() { 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; }
从C语言到C++⑩(第四章_模板初阶+STL简介)如何学习STL（下）：https://developer.aliyun.com/article/1513665?spm=a2c6h.13148508.setting.21.5e0d4f0eB41884
