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1. 前言-引入模板

之前我们如果想实现一个通用的交换函数，会写出如下代码：

如上代码虽然使用函数重载可以实现，但是有以下几个不好的地方：

• (1)重载的函数仅仅只是类型不同，代码的复用率比较低，只要有心类型出现时，就需要增加对应的函数
• (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
   

  面对如上情况，我们可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？

  C++中的模板就可以解决以上问题，通过给模板中传入不同的类型，来生成具有类型的模板

  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 函数模板的格式

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

• typename是用来定义模板参数的关键字，也可用使用class(切记：不能使用struct代替class)

引入函数模板是实现一个通用的交换函数：

2.3 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

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Type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。

如下图所示：

验证代码如下：

#include
   
    using namespace std;template
    
     void Swap(Type &a, Type & b){   	Type tem = a;	a = b;	b = tem;	cout << "Type:" << typeid(Type).name()<<"   ";}void main(){   	int a = 1, b = 2;	char c = 'A', d = 'B';	double e = 1.1, f = 2.2;	cout << "交换前:a=" << a << "  b=" << b << "   ";	Swap(a, b);	cout << "交换后:a=" << a << "  b=" << b << endl;	cout << "交换前:c=" << c << "  d=" << d << "   ";	Swap(c, d);	cout << "交换后:c=" << c << "  d=" << d << endl;	cout << "交换前:e=" << e << "  f=" << f << "   ";	Swap(e, f);	cout << "交换后:e=" << e << "  f=" << f << endl;}
    
   

2.4 函数模板的实例化

用不同类型的参数使用函数模板时，名称为函数模板的实例化。函数模板实例化分为：隐式实例化和显式实例化

2.4.1 隐式实例化：让编译器根据实参推演模板参数的实际类型

注意：模板不支持隐式转换

验证如下：

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a将Type推演为int，通过实参b将Type推演为double类型，但模板参数列表中只有一个Type，编译器无法确定此处到底该将Type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

如上错误有处两种理方法：

• 用户自己来强制转换
• 使用显示实例化

2.4.2 显示实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

代码如下：

此时不管a,b是什么类型,Type都是int类型

2.5 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
• （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产生一个实例。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

(1)验证如下：

(2)验证如下：

3. 类模板

3.1 类模板的定义格式

template
   
    class 类模板名{    // 类内成员定义};
   

举例如下：

// 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 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 
    
     Vector
     
      ::~Vector(){   	if (_pData)		delete[] _pData;	_size = _capacity = 0;}
     
    
   

3.2 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
   
    才是类型Vector
    
      s1;Vector
     
       s2;
     
    
   

4. 非类型模板参数

4.1 为什么存在非类型模板参数

对于函数模板和类模板，模板参数并不局限于类型，普通值也可以作为模板参数。在基于类型参数的模板中，你定义了一些具体细节未加确定的代码，直到代码被调用时这些细节才被真正确定。然而，在这里，我们面对的这些细节是值(value)，而不是类型。当要使用基于值的模板时，你必须显示地指定这些值，才能够对模板进行实例化，并获得最终代码。

4.2 非类型的函数模板参数

你可以为函数模板定义非类型参数。例如，下面的函数模板定义了一组用于增加特定值的函数：

template
   
    T addValue(T const& x){   	return x + Val;}
   

4.3 非类型模板参数的限制

通常而言，它们可以是常整数(包括枚举值)或者指向外部链接对象的指针；

• 浮点数和类对象(class-type)是不允许作为非类型模板参数的，
• 字符串文字不能作为模板参数
• 全局指针不能作为模板参数

5. 零初始化

对于int，double或者指针等基本类型，并不存在”用一个有用的缺省值来对它们进行初始化“的缺省构造函数；相反，任何未被初始化的局部变量都具有一个不确定(undefined)值

假如我们在编写模板的时候，希望模板类型的变量都已经用缺省值初始化完毕，那么，此时我们会发现内建类型并不能满足我们的要求，因此我们需要显示地调用内建类型的缺省构造函数，并把缺省值设为0(各种类型的0，eg:int->0,char->\0),而我们借助如下代码可以确保对象已经执行了适当的缺省初始化：

template
   
    void foo(){   	//x被适当的缺省初始化	T x = T();}
   

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