初识C++ · 模板初阶-编程知识

1 泛型编程

2 函数模板

3 类模板

1 泛型编程

模板是泛型编程的基础，泛型我们碰到过多次了，比如malloc函数返回的就是泛型指针，需要我们强转。

既然是泛型编程，也就是说我们可以通过一个样例来解决类似的问题，比如：

void swap(int& a,int& b)
{int tmp = a;a = b;b = tmp;
}

就交换问题来说，我们可以交换整型，可以交换浮点型，但是我们可不可以在一个文件里面实现同时交换两种类型呢？实际上对于C语言来说是不可以的，因为C语言没有模板的概念。

可能会说用typedef ，但是用了也只能解决交换其他类型的原因，不能实现同时交换两种不同的类型，也可能说用auto，但是auto不能作为函数参数使用。

这里就需要用到模板了，模板使用到了两个关键字，一个是template ，一个是typename，template是模板的英文名，typename是类型名的英文，还是很好理解的。

使用如下：

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

2 函数模板

相关的关键字只有两个，这里来谈一下使用的问题，具体使用如下：

template <typename T>
//模板
void Swap(T& a,T& b)
{T tmp = a;a = b;b = tmp;
}
int main()
{int a = 1, b = 2;Swap(a, b);double c = 1.1, d = 2.2;Swap(c, d);return 0;
}

可能看起来比较抽象？

模板实现的原理是模板实例化，背后靠的都是编译器，编译器会自动推演需要的类型，所以这里会有一个问题：两次交换调用的是同一个函数吗？

当然不是的，这里可以借助汇编看一下：

汇编层面可以看到调用的函数的地址不一样，所以调用的函数不是一个函数。

模板其实是编译器在负重前面，我们使用模板的时候，编译器自动推演出我们需要的函数，

那么这里就涉及效率问题了，某种意义上来说模板的调用效率确实没有直接调用来的快，但是省事儿，我们不用再去多写那么多行代码了，毕竟函数重载也要多写代码的

基本的使用我们了解了，以后我们使用交换函数也不用自己去实现了，因为库里面有，可以直接进行使用：

现在有一些问题：

使用模板的时候，我们想要交换类型不同的怎么办？

如果我们尝试直接交换a c的话，就会报错，即没有函数模板是可以使用的

为了方便演示使用加法函数：

T Add(T x,T y)
{return x + y;
}

解决方法1->强制转换：

int main()
{int a = 1;double b = 2.5;Add(a,(int)b);return 0;
}

但是这种处理方法丢失了原本我们期待的结果，它造成了精度的丢失。

解决方法2->显式实例化：

int main()
{int a = 1;double b = 2.5;double ret = Add<double>(a,b);cout << ret;return 0;
}

int main()
{int a = 1;double b = 2.5;cout << Add<int,double>(a, b) << endl;return 0;
}

显式实例化可以让编译器不去自动推演参数类型。

我们知道最后的结果是double类型的，所以显式调用double类型的加法函数，调用的写法是函数后面加个<>，里面写要显式调用的类型，但是呢，都差点意思。

解决方法3->多个模板混用 + auto：

template <typename T1,typename T2>
auto Add(const T1& x,const T2& y)
{return x + y;
}
int main()
{int a = 1;double b = 2.5;cout << Add(a, b) << endl;return 0;
}

既然是多参数，那么我们使用不同的模板就行，但是返回值的话，就用auto即可，这里可以说auto很妙，不会存在丢失精度的问题，也不用显式实例化，也不用强转什么的。

但是有些情况，是必须要显式实例化的：

T* Func(int a)
{T* p = (T*)operator new(sizeof(T));new(p)T(a);return p;
}

返回的是一个指针，但是函数返回什么类型呢？如果没有显式实例化的话是没有办法返回的。

这里就必须要显式实例化了：

int main()
{int a = 1;Func<int>(a);return 0;
}

再补充一个小点，typename可以用class进行代替，二者完全等价的。

template <typename T>
template <class T>

两种写法均可。

这里在引入一个点，叫匹配原则，有合适的优先选择合适的：

//整型的加法函数
int Add(int x,int y)
{cout << "int Add(int x,int y)" << endl;return x + y;
}
//通用加法函数
template <typename T1,typename T2>
auto Add(const T1& a,const T2& b)
{cout << "auto Add(const T1& a,const T2& b)" << endl;return a + b;
}
//一般加法
template<typename T>
T Add(const T& left, const T& right)
{cout << "T Add(const T& left, const T& right)" << endl;return left + right;
}

这里提供了三个函数可以实现加法，一个是类型完全匹配的，一个是通用的加法函数，一个是需要编译器需要自己推演的：

int main()
{cout << Add(1, 3) << endl;cout << Add(1, 3.3) << endl;cout << Add(1.1, 3.1) << endl;return 0;
}

那么这里的调用，就会：

第一个，因为完全匹配非模板的函数，所以优先调用；

第二个，因为更匹配通用的加法函数，需要编译器自己推演的力度没有那么大，所以调用两个模板的参数。

第三个，完全需要编译器自己推理，那就只能它了。

所以函数模板的调用也要看谁更匹配，优先使用更匹配的，编译器也想休息~

3 类模板

类模板其实后面用的最多的，现在先做个了解，比如stack，我们要实现两种栈，一个是用来存储int数据，一个是用来存储数据double的，就需要用到模板，不然解决不了一个文件存在两个类型栈的情况：

template<typename T>
class Stack
{
public:Stack(size_t capacity = 4){_array = (T*)malloc(sizeof(T) * capacity);if (nullptr == _array){perror("malloc申请空间失败");return;}_capacity = capacity;_size = 0;}void Push(const T& data);
private:T* _array;size_t _capacity;size_t _size;
};

有了模板之后，我们实现相同的就很容易了，这里如果里面的函数定义和声明分离的话，如果不是同一个.h文件的话，造成的效果是很难想象的，会造成编译的时间大幅度的增加。

分离之后的写法：

template<typename T>
class Stack
{
public:Stack(size_t capacity = 4){_array = (T*)malloc(sizeof(T) * capacity);if (nullptr == _array){perror("malloc申请空间失败");return;}_capacity = capacity;_size = 0;}void Push(const T& data);
private:T* _array;size_t _capacity;size_t _size;
};
template<class T>
void Stack<T>::Push(const T& data)
{;
}

创建不同的Stack就显式实例化就可以了：

int main()
{stack<int> p1;stack<double> p2;return 0;
}

模板初阶还是好理解的，后面介绍高阶的。

感谢阅读！