C++模板初阶
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1. 泛型编程
#include <iostream>
using namespace std;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;
}
// 日期类
class Date
{
public:Date(int year = 2025, int month = 7, int day = 28):_year(year),_month(month),_day(day){}void Swap(Date&d){// 为了简化，直接调用的C++库中的交换函数 swapswap(_year, d._year);swap(_month, d._month);swap(_day, d._day);}void Print(){cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;}
private:size_t _year;size_t _month;size_t _day;
};int main()
{// 自定义类型Date d1(2024, 8, 6);Date d2;cout << "交换前" << endl;d1.Print();d2.Print();d1.Swap(d2);//swap(d1, d2);cout << "交换后" << endl;d1.Print();d2.Print();// 内置类型int a1 = 10; int a2 = 20;cout << "交换前" << a1 << " " << a2 << endl;Swap(a1,a2);cout << "交换后" << a1 << " " << a2 << endl;double b1 = 22.22; double b2 = 33.33;cout << "交换前" << a1 << " " << a2 << endl;Swap(b1, b2);cout << "交换后" << a1 << " " << a2 << endl;return 0;
}上述代码中的每种数据类型就有一种交换函数，而且C++是面向对象的代码，其中的类型更多，因此引入了泛型编程的概念。
泛型编程是一种编程范式，它允许在不指定具体数据类型的情况下编写代码，从而实现代码复用和类型安全的平衡。在 C++ 中，泛型编程主要通过模板（Templates）实现，包括函数模板和类模板。
2. 函数模板
（1）函数模板介绍
函数模板是一种能创建通用函数的工具，它可以处理不同的数据类型。借助模板参数，函数模板能够对类型进行参数化，从而实现代码的复用。
template <typename T>
// template <typename T>
返回类型 函数名(参数列表) {// 函数体
} T就是模板参数，它代表着一种通用类型。在函数体中，T可以当作普通数据类型来使用。
实例：
#include <iostream>
using namespace std;
template <typename T>
void Swap( T& x, T& y)
{T tmp = x;x = y;y = tmp;}
template <typename T>
void Func(const T& x, const T& y)
{cout << x << " " << y << endl;
}
int main()
{int a = 6;int b = 9;Func(a, b);Swap(a, b);Func(a, b);double c = 5.67;double d = 8.97;Func(c, d);Swap(c, d);Func(c, d);return 0;
}上述程序存在两个模板，一个模板是交换函数模板，一个输出函数模板，使用的都是一种数据类型的模板，那么多个数类型如何操作，如下
#include <iostream>
using namespace std;template <typename T1, typename T2>
T1 Add(T1& x, T2& y) // 返回的是T1类型的数据，可以将T1/T2理解为万能的数据类型
{return x + y;
}
int main()
{int a = 2;double b = 5.67;cout << Add(a, b) << endl;cout << Add(b, a) << endl;return 0;
}两种类型的模板函数，其返回值是根据第一个传递过去的值来确定的，那么在定义一个模板参数的是什么情况呢？
（2）函数模板原理
函数模板是一种参数化的函数定义，它本身并不是一个具体的函数，而是创建具体函数的蓝图。在编译器编译阶段，对于模板函数的使用，编译器会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。
上述汇编语言采用的是交换函数中int double类型，编译器会根据传递的类型，编写不同类型的函数。
（3）模板实例化
模板实例化是 C++ 编译过程中将函数模板或类模板转换为具体函数或类的核心机制。分为隐式实例化和显示实例化。
隐式实例化：让编译器根据实参推演模板参数的实际类型；如下：
template <typename T>
T Add(T& x, T& y) // 返回的是T1类型的数据，可以将T1/T2理解为万能的数据类型
{return x + y;
}
int main()
{int x1 = 5;int y1 = 8;cout << Add(x1, y1) << endl;double x2 = 5.7;double y2 = 8.9;cout << Add(x2, y2) << endl;return 0;
}
cout << Add(x1, y2) << endl;上述代码中只有一种参数类型模板，但是匹配的是两种数据类型，一种方法就是强制转换如下：
cout << Add((double)x1, y2) << endl; //强制转换会产生中间变量（具有常性），形参加上constcout << Add(x1, (int)y2) << endl;还有一种方法就是显示实例化，直接告诉编译器，要转换那种类型。
显示实例化
cout << Add<int>(x1, y2) << endl;cout << Add<double>(x1, y2) << endl;一般情况下均是隐式实例化。
（4）模板参数的匹配原则
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。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。
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；也就是不能存在隐式类型转换。
3. 类模板
template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 类模板名
{// 类内成员定义
};以栈为例：
template <typename T>
class Stack
{
public:Stack(int capacity = 10):_a((T*)malloc(sizeof(T)*capacity)), _size(0), _capacity(capacity){}private:T* _a;size_t _size;size_t _capacity;
};
上述代码只是栈类的一部分，想要完全实现栈的模板，需要将其中的所有类型都改为T模板参数
类模板只能显示实例化。如下：
Stack<int> st1;Stack<double> st2;Stack<char> st3;
注意： 模板参数的作用范围是当前函数或者当前类，跟着域走或者花括号；一个模板参数的生命周期就是一个函数模板或者一个类模板.
//简单一些的函数为例子
template <typename T>
void Stack<T>::Print(const T& st)
{cout << st._size << endl;
}