C++ 模板基础
template<class T>
void swap(T& a, T& b)
{....}
实现机理
模板，从字面意思上大致就能知道它只是一个模子，用的时候，还需我们进行一番修饰，也就是说写好的函数模板还不是直接使用的，只有在实例化的时候，编译器才会推演出我们要用的代码，推演的依据就正是我们传入的参数了。（这里，你可以去验证一下，比如先不调用函数，此时将模板代码中的一句分号去掉，编译器并不会报错）。实质上，说的通俗一点，实例化的时候，如int a =1,b=2; swap(a, b)就是编译器编译时直接用int将T替换，以此实例化一份代码出来。
模板显示实例化
前面我们值得使用函数模板时，编译器会针对参数的类型推演出相应的代码。如果我们在调用一个模板函数的时候，在函数名后面加上<类型>，这时候系统不需要从形参这里推断类型了。它直接使用尖括号里面的类型就ok了。返回类型形式是：函数名<类型>(参数列表)，接下来我们来验证一下
template<class T>
void Swap(T& a, T&b)
{
T tmp = a;
a = b;
b = tmp;
}
void Test( )
{
int a =1, b=2;
Swap<int>(a, b); //显示实例化
cout<<a<<" "<<b<<endl;
}
值得注意是此时模板中形参只有一种，所以调用swap函数不要传入两种类型不同的实参，这是不合法的。
相对来讲，模板函数算比较简单的，下面来看看模板类
它和模板函数类似，其格式如下
template<class 形参名1, class 形参名2, ...class 形参名n>
class 类名
{ ... };
对于类模板，实例化时，模板形参的类型必须在类名后的尖括号中明确指定。举个例子，如A<10> m， 这样是绝对不行的，类模板中是不存在实参类型的推断；也不能直接A a这样定义，道理很明显，这样编译器没法推演。
然后在类模板外部定义成员函数的方法为：
template<模板形参列表>
函数返回类型 类名<模板形参名>::函数名(参数列表){函数体}，
比如有两个模板形参T1，T2的类A中含有一个void f()函数，则定义该函数的语法为：
template<class T1,class T2> void A<T1,T2>::f(){}。
注意：当在类外面定义类的成员时template后面的模板形参应与要定义的类的模板形参一致。
来个实例，实现一个简易带头双向链表：
/*************************************************************************
> File Name: List.cc
> Author: tp
> Mail:
> Created Time: Sat 05 May 2018 08:39:46 PM CST
************************************************************************/
#include <iostream>
#include <string>
#include <cassert>
using namespace std;
template<class T>
struct ListNode
{
T _val;
ListNode* _prev;
ListNode* _next;
ListNode(const T& x)
:_val(x), _prev( NULL),_next( NULL)
{ }
};
template<class T>
class List
{
typedef ListNode<T> Node;
public:
List()
:_head(new Node(T()))
{
_head->_prev = _head;
_head->_next = _head;
}
void PushBack(const T& x)
{
Insert(_head, x);
}
void PopBack()
{
Erase( _head->_prev);
}
void PushFront(const T& x)
{
Insert(_head->_next, x);
}
void PopFront()
{
Erase(_head->_next);
}
void Insert(Node* pos, const T& x)
{
assert( pos);
Node* prev = pos->_prev;
//prev newnode pos
Node* newnode = new Node(x);
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = pos;
pos->_prev = newnode;
}
void Erase(Node* pos)
{
assert( pos && pos != _head);
//能删头结点？
Node* prev = pos->_prev;
Node* next = pos->_next;
delete pos;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
}
bool Empty()
{
return _head == _head->_next;
}
Node* Find(const T& x)
{
Node* cur = _head->_next;
while( cur != _head)
{
if( cur->_val == x)
return cur;
cur = cur->_next;
}
return NULL;
}
//以O( 1)的时间复杂度, 多开4字节进行计数,不能让头结点存计数，因为类型不确定
//这里普通做法
size_t Size()
{
size_t count = 0;
Node* cur = _head->_next;
while( cur != _head)
{
++count;
cur = cur->_next;
}
return count;
}
void Clear( )
{
Node* cur = _head->_next;
while(cur != _head)
{
Node* next = cur->_next;
delete cur;
cur = next;
}
}
~List( )
{
Clear();
_head = NULL;
}
void Print();
protected:
Node* _head;
};
template<class T>
void List<T>::Print()
{
Node* cur = _head->_next;
while( cur != _head)
{
cout<<cur->_val<<" ";
cur = cur->_next;
}
cout<<endl;
}
int main( )
{
List<int> l;
l.PushBack(1);
l.PushBack(2);
l.PushBack(3);
l.PushBack(4);
l.PopBack( );
l.Print();
cout<<l.Size( )<<endl;
List<string> l1;
l1.PushBack( " 11");
l1.PushBack( " 1i32");
l1.PushBack( " 1112019jhja");
l1.PushBack( " 11");
l1.Print( );
return 0;
}
模板中的形参
非类型模板形参：模板的非类型形参也就是内置类型形参
如:template<class T, int a> class A{};其中int a 就是非类型的模板形式参。非类型形参在模板定义的内部是常量值，也就是说非类型形参在模板的内部是常量。
#include <iostream>
using namespace std;
template<class T, int b>
class A
{
public:
A()
:a(b){}
void show( )
{cout<<a<<endl;}
protected:
T a;
};
int main(void)
{
const int i = 10;
A<int, i> a;
a.show();
return 0;
}
1. 调用非类型模板形参的实参必须是一个常量表达式，即它必须能在编译时计算出结果。sizeof表达式的结果是一个常量表达式，全局变量的地址或引用，全局对象的地址或引用const类型变量也是常量表达式 ，它们可以用作非类型模板形参的实参。
2. 非类型模板的形参只能是整型，指针和引用，像double，String, String **这样的类型是不允许的。但是double &，double *，对象的引用或指针则是可以的。
3. 任何局部对象，局部变量，局部对象的地址，局部变量的地址都不是一个常量表达式，都不能用作非类型模板形参的实参。全局指针类型，全局变量，全局对象也不是一个常量表达式，不能用作非类型模板形参的实参。
4、当模板的形参是整型时调用该模板时的实参必须是整型的，且在编译期间是常量
比如：template <class T, int a> class A{};
如果有int b，这时A<int, b> m;将出错，因为b不是常量，如果const int b，这时A<int, b> m;就是正确的，因为这时b是常量。
5. 非类型模板形参的形参和实参间所允许的转换:
1. 类模板的类型形参默认值形式为：template<class T1, class T2=int> class A{...}，这样来为模板中的第二个形参T2提供int型的默认值。
2、模板形参可以为类模板的类型形参提供默认值，但不能为函数模板的类型形参提供默认值。函数模板和类模板都可以为模板的非类型形参提供默认值。
3、类模板类型形参添加默认值的规则和函数默认参数规则一样。如果有多个类型形参，参数从右向左连续的缺省，因为要符合的参数从右向左的入栈规则。比如template<class T1=int, class T2>class A{};就是错误的，因为T1给出了默认值，而T2没有设定。
4、在类模板的外部定义类中的成员时template 后的形参表应省略默认的形参类型。
比如template<class T1, class T2=int> class A{public: void func();};
定义方法为template<class T1,class T2> void A<T1,T2>::func(){}，将int省略掉。
大致了解了上面模板的一些用法，我们可以来实现一个东西——适配器
//紧接上面List的头文件
..................
template <class T, template<class>class Container>
class Vector
{
public:
void Push( const T& x)
{
_con.PushBack(x);
}
void Pop()
{
_con.PopBack();
}
size_t Size()
{
return _con.Size();
}
bool Empty( )
{
return _con.Empty( );
}
void Print( )
{
_con.Print( );
}
private:
Container<T> _con;
};
void test( )
{
Vector<string, List> v;
v.Push("hello");
v.Print( );
cout<<v.Empty();
}
这里用到了上面实现的双向链表，以此简陋地来模拟STL里面的vector（其实这里用链表版本并不合适，STL里面用到是顺序表）。
然后来看看模板参数里的这个template<class> class Container ，第一次看的话，可能你我多少会有些小慌，毕竟出来个这么长的怪物。细细来看 其实就好理解了，template<class>指明了这是模板参数且是模板类类型，后面取了名字叫Container。所以这就相当于声明Container是一个模板类类型的类模板参数。这算是一种固定搭配，念着有些拗口，记住就好。
然后就是下面的 Container<T> _con; 它意思就是创建一个Container的对象，而我们也知道这个对象也是模板类对象，所以把<T>给它传进去。然后我们现在来说一下这个代码有什么用？
其实这里的Vector类相当于一个适配器。适配器有一种“让一种事物的行为类似于另外一种事物行为”的机制，它对容器进行包装，使其表现出另外一种行为。针对不同类型的数据，在存、删数据时，我们不用再去实现不同版本的线性表；我们直接去用List类里面的函数，具体就是直接定义一个List的对象，然后直接拿走进行使用，最后让Vector管理不同类型数据，进而完成适配；再比如STL里面一个管理Int数据的栈，它的实现是stack<int, vector<int> >的，其内部其实是使用顺序容器vector<int>来存储数据（相当于是vector<int>表现出了栈的行为）。这些都是灵活的复用的体现。
最后，模板不支持分离编译
还是用上面的交换函数举例，不过这时我们将.h 和.cpp文件分开。
***************Swap.h************
#include <iostream>
using namespace std;
template<class T>
void Swap(T& a, T& b);
***************Swap.cpp************
#include "Swap.h"
template<class T>
void Swap(T& a, T&b)
{
T tmp = a;
a = b;
b = tmp;
}
***************main.cpp************
#include "Swap.h"
int main(void)
{
int a =1, b=2;
Swap<int>(a, b);
cout<<a<<" "<<b<<endl;
return 0;
}
- 在模板头文件 xxx.h 里面显示实例化，针对模板类，就在模板类的定义后面添加 template class List<int>; 一般不推荐这种方法，一方面老编译器可能不支持，另一方面实例化依赖调用者。
- 将声明和定义放到一个文件 "xxx.hpp" 里面，（这样编译时头文件展开，实例化代码便很轻松了）。通常我们会使用这种方法，但这种方法也有缺陷，因为实际开发中，.h文件是别人看的，而开发者并不希望别人细致了解内部的具体实现。
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