【Example】C++ 模板概念讲解及编译避坑
C++ 不同于 Java，它没有标准的 Object 类型。也就意味着 C++ 并不存在完整的泛型编程概念。
为什么不存在完整的泛型编程概念，放到最后一个例子讲，先讲 “部分的” 泛型编程概念的实现方式：模板。
什么是模板？
引用 Microsoft Docs:
模板是 c + + 中的泛型编程的基础。 作为强类型语言，c + + 要求所有变量都具有特定类型，由程序员显式声明或由编译器推断。
但是，许多数据结构和算法的外观都是相同的，无论它们的操作类型是什么。
利用模板，您可以定义类或函数的操作，并允许用户指定这些操作应使用的具体类型。
总结：模板是 C++ 当中支持参数类型与返回值动态化的工具，使开发人员可以动态自定义函数、类中参数与返回值类型。
模板又分为两种：函数模板 与 类模板。
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1，函数模板
先从最简单的定义讲起：
template<class T> T AddNum(T a, T b) { return a + b; } int main() { int a = 1; int b = 2; int c = AddNum(a, b); std::cout << "Add Num: " << c << std::endl; return EXIT_SUCCESS; }
可以看到，以上函数实现了最简单的任意同类型变量相加的一个功能。
定义模板的关键字就是 template，语法：
template<class T> or template<typename T>
template<> 对函数声明或定义进行修饰，其中 T 可以是任意名字(例如Object)。
进行在模板函数调用时，编译器会根据变量类型推断函数参数类型。
那么，函数模板是否可以支持多种类型呢？可以！
template<class I, class F> F GetProduct(I a, F b) { return a * b; } int main() { int a_i = 5; float b_f = 8.5; float c_f = GetProduct(a_i, b_f); std::cout << "Product: " << c_f << std::endl; return EXIT_SUCCESS; }
以上函数最简单实现了求两个不同类型变量的乘积。当你的参数类型需要两种或以上的时候，就是在 template<> 当中增加声明，再对函数或类进行修饰：
template<class I, class F, class D>
那么，除了基本的数据类型，模板是否支持结构体(struct)或其他类型呢？可以！但是，进行运算操作的时候，你要确保你的 struct 或 class 重载的相应的运算符！
typedef struct IntCell { int a; int b; int c; struct IntCell(int i, int j, int k) : a(i), b(j), c(k) {}; }IntCell;
typedef struct DoubleCell { double a; double b; double c; struct DoubleCell(double i, double j, double k) : a(i), b(j), c(k) {}; }DoubleCell;
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template <class structT, class structY> inline bool CompareStructMemSize(structT a, structY b) { return sizeof(a) > sizeof(b); };
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int main() { IntCell cell_a(1, 2, 3); DoubleCell cell_b(1.1, 2.2, 3.3); bool flag = CompareStructMemSize(cell_a, cell_b); std::cout << "bool: " << flag << std::endl; return EXIT_SUCCESS; }
可以看到，以上代码当中我定义了两个不同的结构体，只是单纯的去比较这两个结构体的大小。
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2，类模板
函数模板很好理解，那么类模板是什么呢？
可以在类模板的内部或外部定义成员函数。 如果在类模板的外部定义成员函数，则会像定义函数模板一样定义它们。 --Microsoft Docs
以下演示了一个最简单的使用模板的类：
template<class Object> class VectorMod { public: VectorMod() { this->_vec.reserve(10); }; ~VectorMod() { this->Clear(); }; std::vector<Object>& GetVec() { return this->_vec; }; void AddData(Object in) { this->_vec.push_back(in); }; int GetSize() { return this->_vec.size(); }; void Clear() { this->_vec.clear(); std::vector<Object>().swap(this->_vec); } private: std::vector<Object> _vec; };
这个类仅仅是简单将 std::vector 包装了一下而已。
于是我们可以总结出语法：
1，使用 template<> 对类声明和类定义进行修饰。
2，类内部需要使用模板类型时，直接使用相应的模板形参名。
template<class Object> class VectorMod { std::vector<Object> _vec; };
请注意，就像任何模板类成员函数一样，类的构造函数成员函数的定义包含模板参数列表两次。
成员函数可以是函数模板，并指定附加参数。 --Microsoft Docs
PS: 模板可以在模板类当中被定义并使用，这种情况下成为 “成员模板”，但是逻辑会过于复杂，实际开发不建议使用，了解成员模板。
当模板类需要被使用的时候，如何进行声明并创建呢？
VectorMod<int> v_mod; shared_ptr<VectorMod<int>> int_pool = make_shared<VectorMod<int>>();
以上演示了局部变量及智能指针的创建。然后，像平常那样调用即可：
VectorMod<int> v_mod; v_mod.AddData(971); v_mod.AddData(981); v_mod.AddData(991); for (auto i : v_mod.GetVec()) { std::cout << i << std::endl; }
好了，上面是最基本的类模板。
然后：类模板当中非类型形参
这是一个什么东西呢？
1，它是一个常量。
2，它的类型只能是 int 、指针、引用这三种内置类型。
3，调用它的只能是一个常量表达式。
它的使用场景？
1，你封装了一个可以容纳固定大小的容器。
2，可以预初始化固定资源。
样例：
#include<vector> using std::vector; template<class Object, int PREMEM> class DataPool { public: DataPool(); ~DataPool(); vector<Object>& GetVec(); void AddData(Object in); int GetSize(); void Clear(); private: vector<Object> _vec; };
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template<class Object, int PREMEM> DataPool<Object, PREMEM>::DataPool() { this->_vec.reserve(PREMEM); return; } template<class Object, int PREMEM> DataPool<Object, PREMEM>::~DataPool() { this->Clear(); return; } template<class Object, int PREMEM> vector<Object>& DataPool<Object, PREMEM>::GetVec() { return this->_vec; } template<class Object, int PREMEM> void DataPool<Object, PREMEM>::AddData(Object in) { this->_vec.push_back(in); return; } template<class Object, int PREMEM> int DataPool<Object, PREMEM>::GetSize() { return this->_vec; } template<class Object, int PREMEM> void DataPool<Object, PREMEM>::Clear() { this->_vec.clear(); std::vector<Object>().swap(this->_vec); return; }
以上代码，同样是将 std::vector 简单无意义包装了一下，但是，却使用了非类型形参进行了内存预分配操作以提高性能。
所以模板非类型形参的语法是：
template<class Object, int PREMEM> or template<class Object, type*> or template<class Object, type&>
即不使用 class 或者 typename，直接使用 INT or PTR or REF。
那么该如何使用呢？
#include "DataPool.hpp" int main() { shared_ptr<DataPool<string, 10>> str_pool = make_shared<DataPool<string, 10>>(); str_pool->AddData("Hello Byte!"); str_pool->AddData("Hello Blu!"); str_pool->AddData("Hello Frog!"); for (auto s : str_pool->GetVec()) { std::cout << s << std::endl; } return EXIT_SUCCESS; }
可以看到，使用它的语法就是：
DataPool<string, 10> or DataPool<string, ptr> or DataPool<string, &str>
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3，模板与完整泛型编程的区别（编译避坑）
C++ 的模板类在没有被使用之前，编译器完全不知道它会占用多少空间！而 C++ 每一个变量及对象占用的空间在编译的时候就要被确定！所以 C++ 当中没有绝对的泛型编程概念。
所以，模板类必须是声明与实现同源(不一定是文件不分离)，最合适的写法也就是 hpp 文件。
简单化使用.h头文件和.cpp文件分类声明时，几乎确定会报链接错误。
解决方法可以简单粗暴的将 cpp 文件 include 到 h 文件当中，但这并非标准做法，MSC编译器也已经不支持，所以最合适的做法还是使用 hpp 文件。
