為什么需要模板

相信寫過Java的童鞋們都知道泛型編程，在C++中與之對(duì)應(yīng)的就是模板。

模板是一種對(duì)類型進(jìn)行參數(shù)化的工具，通常有兩種形式：函數(shù)模板和類模板。

模板是一些為多種類型而編寫的函數(shù)和類，而且這些類型都沒有指定。當(dāng)使用模板的時(shí)候，你只需要把所希望的類型作為一個(gè)（顯式或者隱式的）實(shí)參傳遞給模板。 另外，由于模板是語言本身所具有的特性，所以它完全支持類型檢查和作用域。使用模板的目的就是能夠讓程序員編寫與類型無關(guān)的代碼，盡可能地減少重復(fù)代碼。

眾所周知，C++是一門強(qiáng)類型的靜態(tài)語言。在聲明變量、函數(shù)和大多數(shù)其他類型的實(shí)體的時(shí)候，C++要求我們使用指定的類型。 然而，對(duì)于許多代碼，除了類型不同之外，其余的代碼看起來都是相同的。例如我們需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)交換兩個(gè)變量的函數(shù)，為了通用性， 這個(gè)交換變量的函數(shù)不能固定兩個(gè)變量的類型，這就使得模版橫空出世。。。

在C++標(biāo)準(zhǔn)庫中，幾乎所有的代碼都是模板代碼，可以說沒有C++模板就沒有STL。

模板函數(shù)

首先我們看下函數(shù)模板的格式：

template <typename 形參名，typename 形參名，......> 
返回類型 函數(shù)名(參數(shù)列表)
{
    函數(shù)體
}

或者使用class關(guān)鍵字也可：

template <class 形參名，class 形參名，......>  
返回類型 函數(shù)名(參數(shù)列表)
{
    函數(shù)體
}

為什么會(huì)有兩種不同的格式呢？這是因?yàn)殍b于歷史的原因，你可能還會(huì)使用class取代typename，來定義類型參數(shù)。 在C++語言的演化過程中，關(guān)鍵字typename的出現(xiàn)相對(duì)較晚一些；在它之前，關(guān)鍵字class是引入類型參數(shù)的唯一方式，并一直作為有效方式保留下來。 但是更加標(biāo)準(zhǔn)的格式是使用typename關(guān)鍵字。

例如我們使用模板定義了返回較大值的模板函數(shù)：

template <typename T>
const T& max_fun(const T& a,const T& b){
    return a >= b? a:b;
}

下面我們調(diào)用一下我們定義的模板函數(shù)max_fun:

int main(int argc, char* argv[]) {
    // 都是int類型 ok
    int max = max_fun(10,10);
    // 都是double類型 ok
    int max = max_fun(10,10);
    // 一個(gè)int類型，一個(gè)double類型 編譯不通過
    int max = max_fun(10,11.0);
    std::cout << "max:" << max << std::endl;
    return 0;
}

在上面的例子中我們發(fā)現(xiàn)函數(shù)max_fun(10,11.0)報(bào)錯(cuò)了，無法編譯通過，這是為什么呢？因?yàn)槲覀兌x的模板函數(shù)max_fun只有一個(gè)參數(shù)類型， 但是max_fun(10,11.0)卻傳了兩個(gè)不同的參數(shù)類型，二載函數(shù)模板中是不允許進(jìn)行自動(dòng)類型轉(zhuǎn)換的，因此報(bào)錯(cuò)，有兩種方式可以解決這個(gè)報(bào)錯(cuò)：

• 一是對(duì)實(shí)參進(jìn)行強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，使它們可以互相匹配：

max_fun(10,static_cast<int>(11.0));

• 二是顯式指定（或者限定）T的類型：

max_fun<int>(10,11.0);

重點(diǎn)：在函數(shù)模板實(shí)參演繹的過程中，是不允許進(jìn)行自動(dòng)類型轉(zhuǎn)換的。

重載函數(shù)模板

模板函數(shù)在使用時(shí)編譯器回自動(dòng)實(shí)現(xiàn)實(shí)例化，只要使用函數(shù)模板，（編譯器）會(huì)自動(dòng)地引發(fā)這樣一個(gè)實(shí)例化過程，因此程序員并不需要額外地請(qǐng)求模板的實(shí)例化。

和普通函數(shù)一樣，函數(shù)模板也可以被重載。就是說，相同的函數(shù)名稱可以根據(jù)不同的函數(shù)參數(shù)具有不同的函數(shù)定義； 于是，當(dāng)使用函數(shù)名稱進(jìn)行函數(shù)調(diào)用的時(shí)候，C++編譯器必須決定究竟要調(diào)用哪個(gè)候選函數(shù)。

一個(gè)非模板函數(shù)可以和一個(gè)同名的函數(shù)模板同時(shí)存在，而且該函數(shù)模板還可以被實(shí)例化為這個(gè)非模板函數(shù)。 對(duì)于非模板函數(shù)和同名的函數(shù)模板，如果其他條件都是相同的話，那么在調(diào)用的時(shí)候，重載解析過程通常會(huì)調(diào)用非模板函數(shù)，而不會(huì)從該模板產(chǎn)生出一個(gè)實(shí)例。

下面我們通過一個(gè)小例子來了解下重載函數(shù)模板：

#include <iostream>
#include <memory>

template <typename T>
const T& max_fun(const T& a,const T& b){
std::cout << "模板類型max_fun:"<< std::endl;
return a >= b? a:b;
}

const int& max_fun(const int& a,const int& b){
std::cout << "int 類型max_fun:"<< std::endl;
return a >= b? a:b;
}

int main(int argc, char* argv[]) {
// 都是double類型 匹配到模板函數(shù)max_fun
//    int max = max_fun(10.0,11.0);
// 都是int類型 匹配到 普通函數(shù)max_fun
//    int max = max_fun(10,10);
// 一個(gè)char類型，一個(gè)double類型 匹配到普通函數(shù)max_fun
int max = max_fun('a',11.0);
std::cout << "max:" << max << std::endl;
return 0;
}

在上面的例子main函數(shù)中我們多次調(diào)用了函數(shù)max_fun，那么怎么區(qū)分是調(diào)用了模板函數(shù)max_fun還是調(diào)用了重載的普通函數(shù)max_fun呢？

有一條規(guī)則是這樣的：

一個(gè)非模板函數(shù)可以和一個(gè)同名的函數(shù)模板同時(shí)存在，而且該函數(shù)模板還可以被實(shí)例化為這個(gè)非模板函數(shù)。對(duì)于非模板函數(shù)和同名的函數(shù)模板，如果其他條件都是相同的話，那么在調(diào)用的時(shí)候，重載解析過程通常會(huì)調(diào)用非模板函數(shù)，而不會(huì)從該模板產(chǎn)生出一個(gè)實(shí)例。

因此在上面的例子中我們可以很容易地看出第17行調(diào)用的是模板函數(shù)max_fun，因?yàn)闆]有參數(shù)是double類型的max_fun被重載。 但在第19行因?yàn)橛幸粋€(gè)參數(shù)是int類型的重載函數(shù)max_fun，因此這一行調(diào)用的是普通重載函數(shù)max_fun。

那么在第21行也是調(diào)用了int類型的重載函數(shù)max_fun，這是為什么呢？

這是因?yàn)槟０迨遣辉试S自動(dòng)類型轉(zhuǎn)化的，但普通函數(shù)可以進(jìn)行自動(dòng)類型轉(zhuǎn)換，所以第21行調(diào)用的是int類型的重載函數(shù)max_fun（‘a(chǎn)’和11.0都被轉(zhuǎn)化為int）。

函數(shù)重載應(yīng)該牢記一條首要規(guī)則：函數(shù)的所有重載版本的聲明都應(yīng)該位于該函數(shù)被調(diào)用的位置之前。