泛型编程

怎么实现一个通用的交换函数？

void Swap(int& left, int& right)
{
int temp = left;
left = right;
right = temp;
}
void Swap(double& left, double& right)
{
double temp = left;
left = right;
right = temp;
}
void Swap(char& left, char& right)
{
char temp = left;
left = right;
right = temp;
}

使用函数重载虽然可以实现，但是有一下几个不好的地方：

1. 重载的函数仅仅是类型不同，代码复用率比较低，只要有新类型出现时，就需要用户自己增 加对应的函数。

2. 代码的可维护性比较低，一个出错可能所有的重载均出错。

那能否告诉编译器一个模子，让编译器根据不同的类型利用该模子来生成代码？

C++就有这样一个摸具，通过给这个模具中填充不同材料(类型)，来获得不同 材料的铸件(即生成具体类型的代码）。

泛型编程：编写与类型无关的通用代码，是代码复用的一种手段。模板是泛型编程的基础。

模板又分两种：函数模板和类模板。

函数模板

函数模板代表了一个函数家族，该函数模板与类型无关，在使用时被参数化，根据实参类型产生 函数的特定类型版本。

函数模板格式：

template<typename T1, typename T2, ......, typename Tn,>

返回值类型 函数名(参数列表){}

例子：

template<typename T>
void Swap( T& left,  T& right)
{
T temp = left;
left = right;
right = temp;
}

注意：typename是用来定义模板参数关键字，也可以使用class(切记：不能使用struct代替 class)

函数模板的原理

函数模板是一个蓝图，它本身并不是函数，是编译器用使用方式产生特定具体类型函数的模具。 所以其实模板就是将本来应该我们做的重复的事情交给了编译器。

在编译器编译阶段，对于模板函数的使用，编译器需要根据传入的实参类型来推演生成对应 类型的函数以供调用。比如：当用double类型使用函数模板时，编译器通过对实参类型的推演， 将T确定为double类型，然后产生一份专门处理double类型的代码，对于字符类型也是如此。

函数模板的实例化

用不同类型的参数使用函数模板时，称为函数模板的实例化。模板参数实例化分为：隐式实例化 和显式实例化。

隐式实例化：让编译器根据实参推演模板参数的实际类型

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
	return left + right;
}
int main()
{
	int a1 = 10, a2 = 20;
	double d1 = 10.1, d2 = 20.0;
	Add(a1, a2);
	cout << Add(a1, a2) << endl;
	Add(d1, d2);
	cout<<Add(d1, d2) << endl;
	/*
    Add(a1, d1);//err
	该语句不能通过编译，因为在编译期间，当编译器看到该实例化时，需要推演其实参类型
	通过实参a1将T推演为int，通过实参d1将T推演为double类型，但模板参数列表中只有
	一个T，
	编译器无法确定此处到底该将T确定为int 或者 double类型而报错
	注意：在模板中，编译器一般不会进行类型转换操作，因为一旦转化出问题，编译器就需要背黑锅
	*/
   // 此时有两种处理方式：1. 用户自己来强制转化 2. 使用显式实例化
   Add(a1, (int)d1);//自己强转
   cout << Add(a1, (int)d1) << endl;
return 0;
}

结果：

显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
	return left + right;
}
int main(void)
{
	int a = 10;
	double b = 20.2;
	
	Add<int>(a, b);// 显式实例化
	cout << Add<double>(a, b) << endl;
	return 0;
}

结果：

如果类型不匹配，编译器会尝试进行隐式类型转换，如果无法转换成功编译器将会报错。

模板参数的匹配原则

一个非模板函数可以和一个同名的函数模板同时存在，而且该函数模板还可以被实例化为这 个非模板函数。

// 专门处理int的加法函数
int Add(int left, int right)
{
return left + right;
}

// 通用加法函数
template<class T>
T Add(T left, T right)
{
return left + right;
}

void Test()
{
Add(1, 2);// 与非模板函数匹配，编译器不需要特化       

Add<int>(1, 2);  // 调用编译器特化的Add版本
}

对于非模板函数和同名函数模板，如果其他条件都相同，在调动时会优先调用非模板函数而 不会从该模板产生出一个实例。如果模板可以产生一个具有更好匹配的函数， 那么将选择模 板

int Add(int left, int right)// 专门处理int的加法函数
{
return left + right;
}

template<class T1, class T2>
T1 Add(T1 left, T2 right)// 通用加法函数
{
return left + right;
}
void Test()
{
Add(1, 2);     // 与非函数模板类型完全匹配，不需要函数模板实例化

Add(1, 2.0); // 模板函数可以生成更加匹配的版本，编译器根据实参生成更加匹配的Add函数

}

模板函数不允许自动类型转换，但普通函数可以进行自动类型转换。

类模板

类模板的定义格式：

template<class T1, class T2, ..., class Tn> 
class 类模板名
{
// 类内成员定义
}; 

#include<iostream>
using namespace std;
// 类模版 写一个栈的模板
template<typename T>
class Stack
{
public:
	Stack(size_t capacity = 4)
	{
		_array = new T[capacity];
		_capacity = capacity;
		_size = 0;
	}
	void Push(const T& data);
private:
	T* _array;
	size_t _capacity;
	size_t _size;
};
// 模版不建议声明和定义分离到两个文件.h 和.cpp会出现链接错误
template<class T>
void Stack<T>::Push(const T& data)//模板声明跟定义分离的写法（在同文件内）
{
	// 扩容
	_array[_size] = data;
	++_size;
}

int main()
{
	Stack<int> st1;	// int型栈

	Stack<double> st2; // double型栈
	return 0;
}

类模板的实例化

类模板实例化与函数模板实例化不同，类模板实例化需要在类模板名字后跟<>，然后将实例化的 类型放在<>中即可，类模板名字不是真正的类，而实例化的结果才是真正的类。

// Stack是类名，Stack<int>才是类型
Stack<int> st1;    // int

Stack<double> st2; // double