C++程序员进大厂必备知识点之懒人专用模板概念及用法

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前言

C++值得用一生去学习，本人是个C++萌新，欢迎大家和我讨论交流。

什么是模板

个人理解：

模板就是给你一个大致的解决方案，如果自己想要解决的实际问题和这个模板有关系的话，自己根据模板的解决方案解决自己的问题。

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。

代码演示：

实现一个交换函数，当我们要交换多种类型的数据的时候用模板会方便一些

template<typename T>
void Swap(T& a, T& b)
{
	T tmp = a;
	a = b;
	b = tmp;
}

大家可以自行验证一下，代码放在了下边

#include <iostream>
using namespace std;
template<typename T>
void Swap(T& a, T& b)
{
	T tmp = a;
	a = b;
	b = tmp;
}
int main()
{
	int a = 1, b = 2;
	double c = 1.1, d = 2.2;
	
	cout << "交换前" << "a:" << a << "b:" << b << endl;
	cout << "交换前" << "c:" << c << "d:" << d << endl;
	Swap(a, b);
	Swap(c, d);

	cout <<"交换后"<<"a:" << a <<"b:" << b << endl;
	cout << "交换后" << "c:" << c << "d:" << d << endl;

	return 0;
}

使用函数重载也可以但是要写很多行代码，代码复用率比较低，如果有一个新的类型出现时就要添加一个对应的函数，而且如果有一个函数重载错了那就有可能所有重载全出问题。

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。

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)d);
    return 0;
}

2.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;
}

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。

模板参数匹配原则

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
}

点击此处看上方代码的调试视频

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

// 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
}

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

类模板

1 类模板的定义格式

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

模板的优缺点

优点：

1. 模板复用了代码，节省资源，更快的迭代开发，C++的标准模板库(STL)因 此而产生
2. 增强了代码的灵活性.

缺点：

1. 模板会导致代码膨胀问题，也会导致编译时间变长
2. 出现模板编译错误时，错误信息非常凌乱，不易定位错误

一些好看的图片