C++ : 模板初阶

标题：C++ : 模板初阶

@水墨不写bug

正文开始：

C语言的问题：

写不完的swap函数

在学习C语言时，我们有一个经常使用的函数swap函数，它可以将两个对象的值交换。

我们通常这样实现它：


void swap(int t1,int t2)
{
	int tem = t1;
	t1 = t2;
	t2 = tem;
}

这是很简单的函数。如果我们想交换其他类型的对象，就需要用到函数重载：


void swap(int t1,int t2){int tem = t1;t1 = t2;t2 = tem;}
void swap(float t1, float t2){ float tem = t1;t1 = t2;t2 = tem;}
void swap(double t1, double t2){ double tem = t1;t1 = t2;t2 = tem;}
void swap(char t1, char t2){ char tem = t1;t1 = t2;t2 = tem;}
void swap(long t1, long t2){ long tem = t1;t1 = t2;t2 = tem;}
//...

但是，内置类型的指针理论上可以达到n级指针，n可以趋于无限大；除此之外，还有自定义类型。这样一来，你就会发现，类型是无法枚举的！一个swap函数需要实现一种类型的交换，那么swap函数是写不完的！

人工解决重复写同一个逻辑，仅仅是类型不同的代码是很低效的！为了解决这个问题，C++引入模板的概念：

顾名思义，模板就是模板，作用就是印出不同的东西，这个东西就是swap函数！

（一）模板简介

模板是C++相对于C的一个新的语法，他需要用到关键字template（模板），如果我们用模板来实现swap函数，就可这样写：


template <typename T>
void swap(T& t1, T& t2)
{
	T tem = t1;
	t1 = t2;
	t2 = tem;
}

template<typename或class 模板参数> + 模板主体 就是模板的基本形式。

要成功的调用模板函数，也需要特定的条件：


template <class T>
void swap(T& t1, T& t2)
{
	T tem = t1;
	t1 = t2;
	t2 = tem;
}
/*
    void swap(int t1,int t2){int tem = t1;t1 = t2;t2 = tem;}
    void swap(float t1, float t2){ float tem = t1;t1 = t2;t2 = tem;}
    void swap(double t1, double t2){ double tem = t1;t1 = t2;t2 = tem;}
    void swap(char t1, char t2){ char tem = t1;t1 = t2;t2 = tem;}
    void swap(long t1, long t2){ long tem = t1;t1 = t2;t2 = tem;}
*/
int main()
{
	int a = 1, b = 5;
	::swap(a, b);
	cout << a << " " << b << endl;
	return 0;
}

我们可以指定调用全局的swap模板函数，完成对象的值交换。

（1）为什么模板可行？模板的原理？

在编译时，编译器会匹配模板参数的类型，如上例，a，b的类型都是整形，所以编译器会根据根据函数的模板生成一份函数，这份函数仅仅将 T（模板参数 改成匹配出的类型）：

void swap(int t1,int t2)
{
    int tem = t1;
    t1 = t2;
    t2 = tem;
}

这样我们人工编写的工作量就减少了非常多，因为一个理论上模板可以生成n个函数（n可趋于无穷大）。

（2）匹配冲突

由于交换的是两个参数的值，当两个参数的类型不同时，理论上不能交换，此时编译器也会因为匹配类型冲突而报错：

如何解决这个问题：

i，再增加一个模板参数(推荐)

由于只有一个模板参数，当推断类型既是int又是double时，一个参数就应付不过来了，所以需要再增加一个参数。两个模板参数，就可以进行两次参数类型匹配：


template <class T1,class T2>
void swap(T1& t1, T2& t2)
{
	auto tem = t1;
	t1 = t2;
	t2 = tem;
}

##如果你是看了后面两种处理方式后又回来的，那么你很敏锐，发现了本例的问题，其实本例也发生了类型转换：

由于t1，t2类型不一致，所以在下面赋值时，必然发生了类型转换，可能导致精度丢失。但是这并不影响我们解决匹配冲突的方法：因为在实际应用中，我们一般不会让模板参数之间进行运算。（这仅仅是本例的场景不太好，使用多个模板来解决匹配冲突仍然是推荐的） ##

ii,强制转换到一致

只能解决一些特例，就拿下面这个函数模板来说：


template<class T>
T Add(T t1,T t2)
{
	return t1 + t2;
}

void test2()
{
	int a = 1;
	double b = 5.6;
	double ret = ::Add((double)a, b);
	cout << ret;
}

将a强制类型转换到double可以使编译器对a和b类型匹配都是double，这样是可以通过编译的，但是这样操作的结果是不稳定的。强制类型转换必然意味着精度或者符号的丢失，不到迫不得已，不要使用强制类型转换！

iii，显示实例化(不再推演参数)

只能解决一些特例，还是拿上面这个函数模板来说：


template<class T>
T Add(T t1,T t2)
{
	return t1 + t2;
}
void test2()
{
	int a = 1;
	double b = 5.6;
	double ret = ::Add<double>(a, b);
	cout << ret;
}

这也是可以通过编译的，在模板名称后面加上<参数类型>，意味着指定了生成的模板的匹配类型就是这个指定的参数类型。由于指定了参数类型，其本质也是发生了类型转换，而类型转换是不推荐的。

总结：

解决匹配冲突的方法：

                 i，再增加一个模板参数(推荐)

                ii,强制转换到一致

                iii，显示实例化(不再推演参数)

（3）模板实例化的条件

当全局已经有一个匹配的函数时，模板就不会再生成新函数。

以这个例子来说：


void swap(double t1, double t2){ double tem = t1;t1 = t2;t2 = tem;}


template <class T>
void swap(T& t1, T& t2)
{
	T tem = t1;
	t1 = t2;
	t2 = tem;
}
void test1()
{
	double a = 1;
	double b = 5;
	::swap(a, b);
	cout << a << " " << b << endl;
}

模板匹配的类型是double，由于全局已经有了类型是double的函数，所以编译器不会再通过函数模板再生成一份swap函数。

编译器会优先匹配最合适的模板：


template <class T1,class T2>
void swap(T1& t1, T2& t2)
{
	T1 tem = t1;
	t1 = t2;
	t2 = tem;
}
template <class T>
void swap(T& t1, T& t2)
{
	T tem = t1;
	t1 = t2;
	t2 = tem;
}
void test1()
{
	int a = 1;
	double b = 5;
	::swap(a, b);
	cout << a << " " << b << endl;
}

本例中，由于a，b两个变量的类型不同，所以编译器会优先选择两个模板参数的swap函数，而不是一个模板参数的swap。

在特殊情况也是可以编译通过的：


void swap(int t1, int t2)
{ 
	int tem = t1; 
	t1 = t2; 
	t2 = tem; 
}
void test1()
{
	int a = 1;
	double b = 5;
	::swap(a, b);
	cout << a << " " << b << endl;
}