4.1、模板

模板

1、模板的概念

模板就是建立通用的模具，大大提高复用性。

模板的特点：
1.模板不可以直接使用，它只是一个框架。
2.模板的通用并不是万能的。

2、模板函数

C++另一种编程思想称为：泛型编程， 主要利用的技术就是模板。
C++提供两种模板机制：函数模板 和 类模板

2.1函数模板语法

函数模板的语法：

建立一个通用函数，其函数返回值类型 和 形参类型 可以不具体定制，用一个虚拟的类型来代表。

语法：

template<typename T>
函数声明或定义

解释：
template : 声明创建模板。
typename : 表明其后面的符号是一种数据类型，可以用class代替。
T : 通用的数据类型，名称可以替换，通常为大写字母。

//交换整型函数
void swapInt(int& a, int& b) {
	int temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}
 
//交换浮点型函数
void swapDouble(double& a, double& b) {
	double temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}
 
//利用模板提供通用的交换函数
//声明一个模板，告诉编译器后面代码中紧跟着的T不要报错，T是一个通用数据类型
template<typename T>
void mySwap(T& a, T& b)
{
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}
 
void test01()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	//swapInt(a, b);
 
	//利用模板实现交换
	//1、自动类型推导
	mySwap(a, b);
 
	//2、显示指定类型
	mySwap<int>(a, b);
 
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
}
 
int main() {
	test01();
	return 0;
}

总结：

1.函数模板利用关键字template
2.使用函数模板有两种方式： 自动类型推导、 显示指定类型。
3.模板的目的是为了提高复用性，将类型参数化。

2.2函数模板的注意事项

1.自动类型推导，必须推导出一致的数据类型T，才可以使用。
2.模板必须要确定出T的数据类型，才可以使用。

//利用模板提供通用的交换函数
template<class T>
void mySwap(T& a, T& b)
{
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}
 
 
// 1、自动类型推导，必须推导出一致的数据类型T,才可以使用
void test01()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	char c = 'c';
 
	mySwap(a, b); // 正确，可以推导出一致的T
	//mySwap(a, c); // 错误，推导不出一致的T类型
}
 
 
// 2、模板必须要确定出T的数据类型，才可以使用
template<class T>
void func()
{
	cout << "func 调用" << endl;
}
 
void test02()
{
	//func(); //错误，模板不能独立使用，必须确定出T的类型
	func<int>(); //利用显示指定类型的方式，给T一个类型，才可以使用该模板
}
 
int main() {
	test01();
	test02();
	return 0;
}

总结

使用模板时必须确定出通用数据类型T，并且能够推导出一致的类型。

2.3函数模板案例

案例描述：
1.利用函数模板封装一个排序的函数，可以对不同的数据类型数组进行排序
2.排序的规则从大到小，排序算法为选择排序
3.分别利用char数组和int数组进行测试

//交换的函数模板
template<typename T>
void mySwap(T &a, T&b)
{
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}
 
 
template<class T> // 也可以替换成typename
//利用选择排序，进行对数组从大到小的排序
void mySort(T arr[], int len)
{
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		int max = i; //最大数的下标
		for (int j = i + 1; j < len; j++)
		{
			if (arr[max] < arr[j])
			{
				max = j;
			}
		}
		if (max != i) //如果最大数的下标不是i，交换两者
		{
			mySwap(arr[max], arr[i]);
		}
	}
}
//打印输出函数，输出数组
template<typename T>
void printArray(T arr[], int len) {
 
	for (int i = 0; i < len; i++) {
		cout << arr[i] << " ";
	}
	cout << endl;
}
void test01()
{
	//测试char数组
	char charArr[] = "bdcfeagh";
	int num = sizeof(charArr) / sizeof(char);  //计算char数组长度
	mySort(charArr, num);  //排序
	printArray(charArr, num);  //打印
}
 
void test02()
{
	//测试int数组
	int intArr[] = { 7, 5, 8, 1, 3, 9, 2, 4, 6 };
	int num = sizeof(intArr) / sizeof(int);
	mySort(intArr, num);
	printArray(intArr, num);
}
 
int main() {
	test01();
	test02();
	return 0;
}

总结

模板可以提高代码的复用，需要熟练掌握

2.4普通函数与函数模板的区别

普通函数与函数模板区别
1.普通函数调用时可以发生自动类型转换（隐式类型转换）
2.函数模板调用时，如果利用自动类型推导，不会发生隐式类型转换
3.如果利用显示指定类型的方式，可以发生隐式类型转换

//普通函数
int myAdd01(int a, int b)
{
	return a + b;
}
 
//函数模板
template<class T>
T myAdd02(T a, T b)  
 {
	return a + b;
}
 
//使用函数模板时，如果用自动类型推导，不会发生自动类型转换,即隐式类型转换
void test01()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	char c = 'c';
	
	cout << myAdd01(a, c) << endl; //正确，将char类型的'c'隐式转换为int类型  'c' 对应 ASCII码 99
 
	//myAdd02(a, c); // 报错，使用自动类型推导时，不会发生隐式类型转换 
    				//错误，推到不出一致的T类型 ,自动类型推导，必须推导出一致的数据类型T，才可以使用
 
	myAdd02<int>(a, c); //正确，如果用显示指定类型，可以发生隐式类型转换
}
 
int main() {
	test01();
	return 0;
}

总结

建议使用显示指定类型的方式，调用函数模板，因为可以自己确定通用类型T

2.5普通函数与函数模板的调用规则

调用规则如下：
1.如果函数模板和普通函数都可以实现，优先调用普通函数
2.可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板
3.函数模板也可以发生重载
4.如果函数模板可以产生更好的匹配,优先调用函数模板

//普通函数与函数模板调用规则
void myPrint(int a, int b)
{
	cout << "调用的普通函数" << endl;
}
 
template<typename T>
void myPrint(T a, T b) 
{ 
	cout << "调用的模板" << endl;
}
 
template<typename T>
void myPrint(T a, T b, T c) 
{ 
	cout << "调用重载的模板" << endl; 
}
 
void test01()
{
	//1、如果函数模板和普通函数都可以实现，优先调用普通函数
	// 注意 如果告诉编译器  普通函数是有的，但只是声明没有实现，或者不在当前文件内实现，就会报错找不到
	int a = 10;
	int b = 20;
	myPrint(a, b); //调用普通函数
 
	//2、可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板
	myPrint<>(a, b); //调用函数模板
 
	//3、函数模板也可以发生重载
	int c = 30;
	myPrint(a, b, c); //调用重载的函数模板
 
	//4、 如果函数模板可以产生更好的匹配,优先调用函数模板
	char c1 = 'a';
	char c2 = 'b';
	myPrint(c1, c2); //调用函数模板
}
 
int main() {
	test01();
	return 0;
}

总结：既然提供了函数模板，最好就不要提高普通函数，否则就容易出现二义性。

2.6模板的局限性

局限性：模板的通用性并不是万能的
有些特定的数据类型，需要用具体化的方式做特殊实现。
如：

	template<class T>
	void f(T a, T b)
	{ 
    	a = b;
    }

在上述代码中提供的赋值操作，如果传入的a和b是一个数组，就无法实现了

	template<class T>
	void f(T a, T b)
	{ 
    	if(a > b) { ... }
    }

在上述代码中，如果T的数据类型传入的是像Person这样的自定义数据类型，也无法正常运行

因此C++为了解决这种问题，提供模板的重载，可以为这些特定的类型提供具体化的模板

#include<iostream>
using namespace std;
 
#include <string>
 
class Person
{
public:
	Person(string name, int age)
	{
		this->m_Name = name;
		this->m_Age = age;
	}
	string m_Name;
	int m_Age;
};
 
//普通函数模板
template<class T>
bool myCompare(T& a, T& b)
{
	if (a == b)
	{
		return true;
	}
	else
	{
		return false;
	}
}
 
 
//具体化，显示具体化的原型和定意思以template<>开头，并通过名称来指出类型
//具体化优先于常规模板
template<> bool myCompare(Person &p1, Person &p2)
{
	if ( p1.m_Name  == p2.m_Name && p1.m_Age == p2.m_Age)
	{
		return true;
	}
	else
	{
		return false;
	}
}
 
void test01()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	//内置数据类型可以直接使用通用的函数模板
	bool ret = myCompare(a, b);
	if (ret)
	{
		cout << "a == b " << endl;
	}
	else
	{
		cout << "a != b " << endl;
	}
}
 
void test02()
{
	Person p1("Tom", 10);
	Person p2("Tom", 10);
	//自定义数据类型，不会调用普通的函数模板
	//可以创建具体化的Person数据类型的模板，用于特殊处理这个类型
	bool ret = myCompare(p1, p2);
	if (ret)
	{
		cout << "p1 == p2 " << endl;
	}
	else
	{
		cout << "p1 != p2 " << endl;
	}
}
 
int main() {
	test01();
	test02();
	return 0;
}

总结：

1. 利用具体化的模板，可以解决自定义类型的通用化
2. 学习模板并不是为了写模板，而是在STL能够运用系统提供的模板