C++模板剖析：函式模板、類模板解析
C++中關於模板&泛型程式設計問題：
問題引入：何編寫一個通用加法函式？
（1）使用函式過載，針對每個所需相同行為的不同型別重新實現它
int Add(const int &_iLeft, const int&_iRight)
{
return (_iLeft +_iRight);
}
float Add(const float &_fLeft, constfloat &_fRight)
{
return (_fLeft +_fRight);
}
【缺點】
1、只要有新型別出現，就要重新新增對應函式。
2、除型別外，所有函式的函式體都相同，程式碼的複用率不高
3、如果函式只是返回值型別不同，函式過載不能解決
4、一個方法有問題，所有的方法都有問題，不好維護。
（2）使用公共基類，將通用的程式碼放在公共的基礎類裡面
【缺點】
1、藉助公共基類來編寫通用程式碼，將失去型別檢查的優點；
2、對於以後實現的許多類，都必須繼承自某個特定的基類，程式碼維護更加困難。
（3）使用特殊的預處理程式
#define ADD(a, b) ((a) + (b))
【缺點】
不是函式，不進行引數型別檢測，安全性不高
綜上所述的問題，我們需要引入泛型程式設計，即為需要的函式或者類編寫一個模板，在實用的時候例項化即可。那麼，什麼是泛型程式設計？什麼是模板？
一、 泛型程式設計
泛型程式設計：編寫與型別無關的邏輯程式碼，是程式碼複用的一種手段。模板是泛型程式設計的基礎。
二、 函式模板
函式模板：代表了一個函式家族，該函式與型別無關，在使用時被引數化，根據實參型別產生函式的特定型別版本。
模板函式定義的格式：template<typename T1, teypename T2, ……….typename Tn>
函式返回值 函式名（引數列表）
{
. . . . . .
}
Eg:
template<typename T>
T Add( T left, T right )
{
return left+right;
}
template和typename 為關鍵字，T為模板形參的名字，可隨意命名。
typename是用來定義模板引數關鍵字，也可以使用class。建議儘量使typename。
例項化：模板是一個藍圖，它本身不是類或者函式，編譯器用模板產生指定的類或者函式的特定型別版本，產生模板特定型別的過程稱為函式模板例項化
注：模板被編譯了兩次：
① 例項化之前，檢查模板程式碼本身，檢視是否出現語法錯誤，如：遺漏分號
②在例項化期間，檢查模板程式碼，檢視是否所有的呼叫都有效，如：例項化型別不支援某些函式呼叫
實參推演：
從函式實參確定模板形參型別和值的過程稱為模板實參推斷，多個型別形參的實參必須完全匹配
型別形參轉換：
一般不會轉換實參以匹配已有的例項化，相反會產生新的例項。
編譯器只會執行兩種轉換：
1、const轉換：接收const引用或者const指標的函式可以分別用非const物件的引用或者指標來呼叫
2、陣列或函式到指標的轉換：如果模板形參不是引用型別，則對陣列或函式型別的實參應用常規指標轉換。陣列實參將當做指向其第一個元素的指標，函式實參當做指向函式型別的指標。
Eg:
template<typename T>
void FunTest1(const T* t)
{
cout<<"FunTest1();"<<*t<<endl;
}
template<typename T>
void FunTest2(const T& t)
{
cout<<"FunTest2();"<<t<<endl;
}
template<typename T>
void FunTest3(T t1, T t2)
{
cout<<"FunTest3()"<<endl;
}
int Add(int a, int b)
{
return a+b;
}
int main()
{
int A = 10;
int* pA = &A;
FunTest1(pA);
int b = 20;
int& pB = b;
FunTest2(pB);
int array1[10];
int array2[20];
FunTest3(array1, array2);
FunTest3(Add,Add);
system("pause");
return 0;
}
模板引數：函式模板有兩種型別引數：模板引數和呼叫引數。
（1） 模板形參：
a、模板形參名字只能在模板形參之後到模板宣告或定義的末尾之間使用，遵循名字遮蔽規則。
b、模板形參的名字在同一模板形參列表中只能使用一次。
Template<typename T, typenameT>
Void FunTest(T t1, T t2)
{};
c、 所有模板形參前面必須加上class或者typename關鍵字修飾，並且兩個關鍵字可以混用。
d、在函式模板的內部不能指定預設的模板實參。
Template<typename T>
T Add(T = int , T) //編譯出錯。
{};
非模板型別引數：
非模板型別形參是模板內部定義的常量，在需要常量表達式的時候，可以使用非模板型別引數。
注：
1、模板形參表使用<>括起來。
2、和函式引數表一樣，跟多個引數時必須用逗號隔開，型別可以相同也可以不相同。
template<typenameT, typename V …….>
3、模板形參表不能為空（模板特化的時候，模板引數為空）。
4、模板形參可以是型別形參，也可以是非型別新參，型別形參跟在class和typename後
5、模板型別形參可作為型別說明符用在模板中的任何地方，與內建型別或自定義型別使用方法完全相同，可用於指定函式形參型別、返回值、區域性變數和強制型別轉換。
6、模板形參表中，class和typename具有相同的含義，可以互換，使用typename更加直觀。但關鍵字typename是作為C++標準加入到C++中的，舊的編譯器可能不支援。
模板函式過載：
注：
1、函式的所有過載版本的宣告都應該位於該函式被呼叫位置之前
2、一個非模板函式可以和一個同名的函式模板同時存在，而且該函式模板還可以被例項化為這個非模板函式。
3、對於非模板函式和同名函式模板，如果其他條件都相同，在調動時會優先調動非模板函式而不會從該模板產生出一個例項。如果模板可以產生一個具有更好匹配的函式，那麼將選擇模板。
4、顯式指定一個空的模板實參列表，該語法告訴編譯器只有模板才能來匹配這個呼叫，而且所有的模板引數都應該根據實參演繹出來。
5、模板函式不允許自動型別轉換，但普通函式可以進行自動型別轉換。
新的問題引入：
string s1 = "addfhgj";
string s2 = "addfghjkl";
Max(s1,s2); //未能從“const std::string”為“const std::move_iterator<_RanIt> &”推導 模板 引數。
故模板有一些特殊的情況不能處理，就需要引入模板的特化，什麼是模板的特化？
模板函式特化：
有時候並不總是能夠寫出對所有可能被例項化的型別都最合適的模板，在某些情況下，通用模板定義對於某個型別可能是完全錯誤的，或者不能編譯，或者做一些錯誤的事情。
Eg:比較兩個字串的大小
除錯之後發現比較的是字串地址的大小而不是字串的大小。因此需要對模板函式進行特化以處理特殊的情況。這就需要對模板類的特殊情況進行處理-------模板特化：
注意：
在模板特化版本的呼叫中，實參型別必須與特化版本函式的形參型別完全匹配，如果不匹配，編譯器將為實參模板定義中例項化一個例項。
特化不能出現在模板例項的呼叫之後，應該在標頭檔案中包含模板特化的宣告，然後使用該特化版本的每個原始檔包含該標頭檔案。
三、 模板類
1、 模板類的定義格式：
template<class 形參名1, class 形參名2, ...class 形參名n>
class 類名
{ ... };
// 使用模板方式實現動態順序表
template<typename T>
class SeqList
{
public :
SeqList();
~ SeqList();
private :
int _size ;
int _capacity ;
T* _data ;
};
template <typename T>
SeqList <T>:: SeqList()
: _size(0)
, _capacity(10)
, _data(new T[ _capacity])
{}
template <typename T>
SeqList <T>::~ SeqList()
{
delete [] _data ;
}
void Test()
{
SeqList<int>s1;
SeqList<double>s2;
SeqList<char>s3;
}
2、 模板類的例項化
只要有一種不同的型別，編譯器就會例項化出一個對應的類。
SeqList<int > sl1;
SeqList<double > sl2;
當定義上述兩種型別的順序表時，編譯器會使用int和double分別代替模板形參，重新編寫SeqList類，最後建立名為SeqList<int>和SeqList<double>的類。
（1）模板引數實現容器介面卡。
#include "List.h"
//底層使用List 容器
template <class T, class container = list<T>> //模板引數
class Queue
{
public:
void push(const T& x)
{
return _con.PushBack(x);
}
void pop()
{
return _con.PopFront();
}
const T& GetHead()
{
return _con.Front();
}
const T& GetTail()
{
return _con.Back();
}
bool IsEmpty()
{
return _con.Empty();
}
private:
container _con;
};
void Test2()
{
Queue<int> q1;//使用預設的模板引數構造物件
Queue<int, List<int>> q2;//使用模板引數構造物件
}
（2）模板的模板引數實現容器介面卡。
template <class T, template<class> class container = List> //使用模板的模板引數
class Queue
{
public:
void push(const T& x)
{
return _con.PushBack(x);
}
void pop()
{
return _con.Pop();
}
const T& GetHead()
{
return _con.Front();
}
const T& GetTail()
{
return _con.Back();
}
bool IsEmpty()
{
return _con.Empty();
}
private:
container<T> _con;
};
void Test1()
{
Queue<int>q1;//使用預設的模板類的模板引數構造物件
Queue<int,List> q2;//使用模板的模板引數構造不同型別物件
}
（3）非型別的類模板引數
template <typename T, size_t MAX_SIZE = 10>//帶預設模板引數
//template<typename T, double MAX_SIZE = 10.0> // “double”: 非型別模板引數“MAX_SIZE”的型別非法
class Array
{
public :
Array();
private :
T _array [MAX_SIZE];
int _size ;
};
template <typename T, size_t MAX_SIZE>
Array <T,MAX_SIZE>::Array()
: _size(0)
{}
void Test()
{
Array<int> a1;
Array<int , 20> a2;
}
（4）類模板的特化:
//順序表類的部分實現
template <typename T>
class SeqList
{
public :
SeqList();
~ SeqList();
private :
int _size ;
int _capacity ;
T* _data ;
};
template<typename T>
SeqList <T>:: SeqList()
: _size(0)
, _capacity(10)
, _data(new T[ _capacity])
{
cout<<"SeqList<T>:: SeqList()" <<endl;
}
template<typename T>
SeqList <T>::~ SeqList()
{
delete[] _data ;
}
//全特化：
template <>
class SeqList <int>
{
public :
SeqList(int capacity);
~ SeqList();
private :
int _size ;
int _capacity ;
int* _data ;
};
// 特化後定義成員函式、成員函式不再需要模板形參列表
SeqList <int>:: SeqList(int capacity)
: _size(0)
, _capacity(capacity )
, _data(new int[ _capacity])
{
cout<<"SeqList<int>" <<endl;
}
SeqList <int>::~ SeqList()
{
delete[] _data ;
}
void test1 ()
{
SeqList<double > sl2;
SeqList<int > sl1(2);
}
//偏特化（部分特化）
template <typename T1, typename T2>
class Data
{
public :
Data();
};
template <typename T1, typename T2>
Data<T1 , T2>::Data()
{
cout<<"Data<T1,T2>"<<endl;
}
// 區域性特化第二個引數為某個具體的型別，如int 、 double 等
template <typename T1>
class Data <T1, int>
{
public :
Data();
};
template <typename T1>
Data<T1 , int>::Data()
{
cout<<"Data<T1,int>"<<endl;
}
下面的例子可以看出，偏特化並不僅僅是指特化部分引數，而是針對模板引數更進一步的條件限制所設計出來的一個特化版本。
// 區域性特化兩個引數為指標型別
template <typename T1, typename T2>
class Data <T1*, T2*>
{
public :
Data();
};
template <typename T1, typename T2>
Data<T1 *, T2*>:: Data()
{
cout<<"Data<T1*,T2*>"<<endl;
}
// 區域性特化兩個引數為引用
template <typename T1, typename T2>
class Data <T1&, T2&>
{
public :
Data(const T1& d1, const T2& d2);
};
template <typename T1, typename T2>
Data<T1 &, T2&>:: Data(const T1& d1, const T2& d2)
{
cout<<"Data<T1&,T2&>"<<endl;
}
void Test()
{
Data<double , int> d1;
Data<int , double> d2;
Data<int *, int*> d3;
Data<int&, int&> d4(1, 2);
}
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