泛型编程与函数模板

C++的一种编程思想称为泛型编程，主要利用的技术就是模板

什么是泛型编程

泛型，就是针对广泛的类型的意思。

泛型编程： 编写与类型无关的调用代码，是代码复用的一种手段。 模板是泛型编程的基础。C++提供两种模板机制：函数模板和类模板。

什么是函数模板

函数模板：建立一个通用的函数，它用到的参数类型可以不确定，用一个虚拟类型替代。等到函数调用的时候，根据具体传递的参数推导出真正的数据类型。

函数模板的用法

语法：

1.template < typename T>
2.函数的声明或定义

解读：
template：声明创建模板；
typename：表明其后面的符号是一种数据类型，可以用class代替；
T：通用的数据类型，名称可以替换，通常为大写字母。

示例：

template // 模板参数列表 ———— 参数类型
void Swap(T& rx, T& ry) { // 函数参数列表 ———— 参数对象
T tmp = rx;
rx = ry;
ry = tmp;
}

这，就是函数模板！参数可以自己任意取名，一般习惯给它取名为 T，因为 T 代表 Type（类型），当然，如果你需要多个类型，也是可以定义多个类型的。

template<typename T1, typename T2, typename T3>

注意事项及引入代码测试

• 函数模板不是一个函数，因为它不是具体要调用的某一个函数，而是一个模板；

• 自动类型推导，必须推导出一致的数据类型T才可以使用；模板必须要确定出T的数据类型才可以使用；

• 可以通过空模板实参列表< >限定编译器只匹配函数模板；

• 我们在用 template< > 定义模板的时候，尖括号里的 typename 其实还可以写成 class；

template // 使用class充当typename
void Swap(T& rx, T& ry) {
T tmp = rx;
rx = ry;
ry = tmp;
}

完整代码测试

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
template <typename T>
void Swap(T& a, T& b)
{
    T tmp = a;
    a = b;
    b = tmp;
}
 
void main()
{
    int a = 10;
    int b = 20;
    Swap(a, b);	//自动推到调用
    //Swap<int>(a, b);//显示指定调用
    cout << "a = " << a << endl;
    cout << "b = " << b << endl;
 
    float c = 12.3;
    float d = 23.4;
 
    //Swap(c, d); //自动推到调用
    Swap<float>(c, d); //显示指定调用
    cout << "c = " << c << endl;
    cout << "d = " << d << endl;
    system("pause");
}

可以看到，我们使用函数模板，根据具体类型的参数化，就能适用于不同类型的变量交换，达到了代码复用的效果。

1.深入理解函数模板：

• 对于函数模板中使用的类型不同，编译器会产生不同的函数
• 编译器会对函数模板进行两次编译
• 第一次是对函数模板本身进行编译，包括语法检查等
• 第二次是对参数替换后的代码进行编译，这就相当于编译普通函数一样，进行类型规则检查等。

需要注意的是

• 函数模板是不允许隐式类型转换的，调用时类型必须严格匹配；

• 函数模板还可以定义任意多个不同的类型参数，但是对于多参数函数模板；

• 编译器是无法自动推导返回值类型的，可以从左向右部分指定类型参数。

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
template <typename T1, typename T2, typename T3>
T1 add(T2 a, T3 b)
{
    T1 ret;
    ret = static_cast<T1>(a + b);
    return ret;
}
 
void main()
{
    int c = 12;
    float d = 23.4;
    //cout << add(c, d) << endl;	//error，无法自动推导函数返回值
    cout << add<float>(c, d) << endl;	//**返回值在第一个类型参数中指定**
    cout << add<int, int, float>(c, d) << endl;
    system("pause");
}

2.函数模板的重载

函数模板跟普通函数一样，也可以被重载

• C++编译器优先考虑普通函数；

• 如果函数模板可以产生一个更好的匹配，那么就选择函数模板；

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
template <typename T>
void fun(T a)
{
    cout << "void fun(T1 a)" << endl;
}
 
template <typename T1, typename T2>
void fun(T1 a, T2 b)
{
    cout << "void fun(T1 a, T2 b)" << endl;
}
 
void fun(int a, float b)
{
    cout << "void fun(int a, float b)" << endl;
}
 
void main()
{
    int a = 0;
    float b = 0.0;
    fun(a);   
    fun(a, b);	//普通函数void fun(int a, float b)已经能完美匹配，于是调用普通函数
    fun(b, a);	//这个调用，函数模板有更好的匹配，于是调用函数模板
    fun<>(a, b);	//限定只使用函数模板
    system("pause");
}

从输出可以得到，编译器会优先去调用普通函数，但是当函数模板有更好的匹配时或使用限定符<>时，编译器就会去匹配函数模板。

总结

• 函数模板是泛型编程在C++中的应用方式之一
• 函数模板能够根据实参对参数类型进行推导
• 函数模板支持显示的指定参数类型
• 函数模板是C++中重要的代码复用方式
• 函数模板通过具体类型产生不同的函数
• 函数模板可以定义任意多个不同的类型参数
• 函数模板中的返回值类型必须显示指定
• 函数模板可以像普通函数一样重载