C++ Templates学习笔记之：函数模板

我是C/C++的新手。这篇文章介绍了在看《C++ Templates》第二章时的一点读后笔记。记下来，以便将来忘了能很快的回忆起来。期待高手的指教。

一：模板参数的推导。
简单的说，可以把模板看作一种类型，函数模板也不例外。既然是类型，那么我们在使用模板函数的时候就应该是使用它的一个实例。既然是类型与实例的关系，那么就应该有一个类型的实例化的问题。我们对普通类型进行实例化的时候通常需要提供必要的参数以，模板函数也不例外。只是模板函数的参数不是普通的参数，而是特定的类型。也就是说在实例化一个函数模板的时候需要以类型作为参数。通常，模板的参数分为模板参数和调用参数。例如：

 template <typename T1, typename T2, typename RT>
2 inline RT const& max(T1 const& a, T2 const& b)
3 {
4     //TODO: 代码实现
      ........
5 }

其中，第一行定义了函数模板参数；第二行的函数参数则定义了调用参数，需要注意的是返回值并不属于函数模板的调用参数。

在调用一个模板的时候，最重要的是在调用的时候能正确的推导出模板参数。这里有几点要注意的：
  1：显示的实例化函数模板。例如：    

 1 template <typename T>
 2 inline T const& max(T const& a, T const& b)
 3 {
 4     return a < b ? b : a;
 5 }
 6 
 7 
 8 
 9 // 实例化并调用一个模板
10 max<double>(4, 4.2);

     第十行，通过显示的指定模板参数为double而实例化了一个模板。
  2：隐式的实例化一个函数模板。例如：

 template <typename T>
2 inline T const& max(T const& a, T const& b)
3 {
4     return a < b ? b : a;
5 }
6 
7 // 隐式的实例化并调用一个函数模板
8 int i = max(42, 66);

     第8行，我们没有显示的指定函数模板参数，但它能自动的去推导出函数模板参数为int。
     这里可能有个问题。如果非模板函数它的定义和推导后的模板函数实例一样，会产生什么结果呢？例如：

 1 inline int const& max(int const& a, int const& b)
 2 {
 3     // 为了便于区分，让返回结果＋100
 4     return a < b ? a+10 : b+100;
 5 }
 6 
 7 template <typename T>
 8 inline T const& max(T const& a, T const& b)
 9 {
10    return a < b ? b : a;
11 }
12 
13 // 这里调用的究竟是模板函数还是非模板函数？
14 int i = max(42, 66);

实际上，第14行的代码首先回去查看是否有满足要求的非模板函数；如果没有，再根据参数去匹配并实例化相应的模板函数。所以，它调用的应该是非模板的max函数。

  3： 也可以使用部分缺省的模板参数。你不用指定全部的模板参数，比如，你可以从左到右的，指定一部分参数。例如：

 1 // 从左至右定义了三个参数
 2 1 template <typename RT, typename T1, typename T2>
 3 2 inline RT const& max(T1 const& a, T2 const& b)
 4 3 {
 5 4     //TODO: 代码实现
 6       ..
 7 5 }
 8 
 9 // 可以只指定第一个返回参数。即，要求返回double类型
10 max<double>(4, 4.2);

上面的代码中，由于返回参数类型不属于调用参数，所以必须明确的指定它为double类型。而T1和T2属于调用参数，能从函数调用中推导出来。

二：模板函数的重载。
通普通函数一样，模版函数也可以重载。只是注意两点。
  1：实例化后的模版函数如果和某个非模版函数的调用一样的情况，会调用非模版函数。但也可以指定调用模版函数，如：

 1 inline int const& max(int const& a, int const& b)
 2 {
 3     // 为了便于区分，让返回结果＋100
 4     return a < b ? a+10 : b+100;
 5 }
 6 
 7 template <typename T>
 8 inline T const& max(T const& a, T const& b)
 9 {
10    return a < b ? b : a;
11 }
12 
13 // 这里模版函数实例化后的形式和一个非模版函数一致。可以使用下面的方法指定调用模版函数
14 int i = max<>(42, 66);

  2：由于模版函数的参数是类型，因此它不支持类型转化。但非模版函数支持类型转换：

 1 inline int const& max(int const& a, int const& b)
 2 {
 3     return a < b ? b : a;
 4 }
 5 
 6 template<typename T>
 7 inline T const& max(T const& a, T const& b)
 8 {
 9     return a < b ? b : a;
10 }
11 
12 // 由于模版函数不支持类型转换，这里将调用非模版的max函数
13 max('c', 42.2);

试想上面的代码中，如果max('c', 42.2)要调用模板的max函数，它必须满足两个参数和返回值都是同一类型的条件。而给定的两个参数类型不一致，模板函数又不支持类型转换。因此，它找不到相匹配的模板函数，将会调用非模板的max函数。而如果我们强制使用max<>('c', 42.2)调用模板函数的话将会出现编译错误。

  3：和指针有关的重载。

 1 #include "stdafx.h"
 2 #include <iostream>
 3 #include <string>
 4 
 5 template<typename T>
 6 inline T const& max(T const& a, T const& b)
 7 {
 8     return a < b ? b : a;
 9 }
10 
11 // 求两个指针所指值的最大者
12 template<typename T>
13 inline T const& max(T* const& a, T* const& b)
14 {
15     return *a < *b ? *b : *a;
16 }
17 
18 // 求两个字符串的最大者
19 inline char const* const& max(char const* const& a, char const* const& b)
20 {
21     return strcmp(a, b) < 0 ? b : a;
22 }
23 
24 int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
25 {
26     // 比较两个int的最大值，将调用第一个max模版
27     int a = 7;
28     int b = 42;
29     std::cout<<"max(a, b)==>"<<::max(a, b)<<std::endl;
30 
31     // 比较两个string的最大值，将调用第一个max模版
32     std::string s = "hey";
33     std::string t = "you";
34     std::cout<<"max(s, t)==>"<<::max(s, t)<<std::endl;
35 
36     // 比较两个指针所指内容的最大值，将调用第二个max模版
37     int* p1 = &a;
38     int* p2 = &b;
39     std::cout<<"max(p1, p2)==>"<<::max(p1, p2)<<std::endl;
40 
41     // 比较两个c字符串的最大值，将调用第三个非模版max函数
42     char const* s1 = "David";
43     char const* s2 = "Nico";
44     std::cout<<"max(s1, s2)==>"<<::max(s1, s2)<<std::endl;
45 
46     return 0;
47 }
48 

上面的代码有需要注意：1)：max(a, b)和max(s, t)调用的是同一个max模版函数。因为他们满足第一个模版函数的定义，只是类型不一样而已。
2)：max(p1, p2)的调用有点玄乎。可以参照我的另一篇笔记：指针作为模板参数时参数类型的推导问题
3)：max(s1, s2)会调用第三个非模版的max函数。不会使用第二个模版函数产生新的实例。

三：非常重要的一点，使用指针的时候千万要注意不要返回临时变量的指针。参见我的另一篇笔记：
     使用模板函数返回临时变量的指针的问题