深入理解C++模板

一.函数模板

1.模板的意义

假如我们要写一系列函数，用于比较两个数的大小，但是两个数的类型有很多种，可以是整形，浮点型，可以是字符类型，那么常规的方法，是为每一个类型都写一个函数，但是我们会发现，这很麻烦，并且进行比较的函数都十分的相似，只有参数列表不同。为了在这样的情况中简化程序，我们可以使用函数的模板，所谓函数的模板，实际上就是对函数的形参类型进行了参数化。

2.函数模板的实现

如图：我们实现支持多种类型的比较函数：

这里的typename也可以用class替换。

当我们要传入两个整形进行比较时可以通过compare<int>(10,20)（这里的compare实际上上一个模板，模板名加参数列表后才称为函数）；来调用。

我们称这里的compare<int>(10,20)为函数的调用点，在函数的调用点，编译器用用户指定的类型，从原模板实例化一份函数代码出来（也就是说，在编译器的角度，仍然是编译多个模板函数（为compare的重载函数），编译的函数数量并未减少）。

但同时这里也可以直接使用compare(10,20)来调用，这是由于函数模板存在模板实参推演，可以通过用户传入的参数推导出来模板的类型。

但是如果我们这里compare(10,20.5)那么这里就无法正确推演出T的具体类型为什么，就会出现错误，但是这时如果我们使用compare<int>(10,20.5)，这里就不会出现错误，会将double类型的数据强转为int类型。

由于函数模板不确定T的类型，所以函数模板不进行编译，编译的是模板函数。

我们再来看，假如我们要比较两个字符串，使用compare("aaa","bbb")，从结果上看确实能够进行比较，但是模板识别的T为const char* 这里比较使用>实际上是两个字符串的地址大小，明显与我们的期望不符，比较字符串我们应该使用strcmp等字符串比较函数，不能直接>。

面对这种情况，我们就要对字符串单独采用一个模板实现，即模板的特例化（专用化）如图：

如果我们再定义一个非模板函数（普通函数）也进行字符串的比较，那么编译器会优先调用非模板函数（更为高效）。

由于函数模板不进行编译，所以在多文件工程中，不能在一个文件中声明使用模板，在另一个文件中实现模板，但对于特例化的模板可以正常使用（因为模板的特例化，实际上生成了一个模板函数）所以一般模板都是定义在头文件中，在源文件中直接#include（##include导入的头文件直接在预编译阶段展开）。

当然，这种情况也是有办法解决的（不过并不推荐），我们可以在函数模板定义后，直接告诉编译器进行指定类型的模板实例化（如：templete bool compare<int>(int,int)）。

模板非类型参数：我们可以在模板中定义非类型参数，不过只能使用整数类型（地址，引用也可），并且为常量。

二.类模板

如下：我们利用模板实现一个顺序栈：

template<typename T> class stack { private: vector<T>mpstack; public: stack() { } public: //入栈操作 void push(T val) { mpstack.push_back(val); } //出栈操作 void pop() { if (mpstack.empty()) { throw "mpstack is empty"; } mpstack.pop_back(); } //获取栈顶操作 int top()const { if (mpstack.empty()) { throw "mpstack is empty"; } return mpstack.back(); } //判断栈是否为空 bool empty()const { return mpstack.empty(); } };

此时stack已经不在是一个类，而是一个类模板，此时的类名称为模板名称+类型参数列表。

同时，对于所有所有到类的地方，除了构造与析构函数不用加<>，其他地方最好都加上（虽然不加编译器会自动帮我们加）。

类模板会进行选择实例化，如果我们利用模板类定义了一个对象，编译器并不会将类中所有的成员方法都进行实例化，而是看我们调用了那些。