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模板（template）是C++实现代码重用机制的重要工具，是泛型技术（即与数据类型无关的通用程序设计技术）的基础。
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模板是C++中相对较新的?语言机制，它实现了与具体数据类型无关的通用算法程序设计，能够提高软件开发的效率，是程序代码复用的强有力工具。
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本章主要介绍了函数模板和类模板两类，以及STL库中的几个常用模板数据类型。
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一、模板
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1、模板概念
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模板是对具有相同特性的函数或类的再抽象，模板是一种参数多态性的工具，可以为逻辑功能相同而类型不同的程序提供一种代码共享的机制。
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一个模板并非一个实实在在的函数或类，仅仅是一个函数或类的描述，是参数化的函数和类。
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2、模板分类
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函数模板
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类模板
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3.函数模板与模板函数
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函数模板提供了一种通用的函数行为，该函数行为可以用多种不同的数据类型进行调用，编译器会据调用类型自动将它实例化为具体数据类型的函数代码，也就是说函数模板代表了一个函数家族。
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与普通函数相比，函数模板中某些函数元素的数据类型是未确定的，这些元素的类型将在使用时被参数化；与重载函数相比，函数模板不需要程序员重复编写函数代码，它可以自动生成许多功能相同但参数和返回值类型不同的函数。
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二、函数模板
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1、函数模板的定义
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```c++
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template <class T1, class T2,…>返回类型 函数名(参数表){
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…… //函数模板定义体
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}
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```
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template是定义模板的关键字；写在一对<>中的T1，T2，…是模板参数，其中的class表示其后的参数可以是任意类型。
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模板参数常称为类型参数或类属参数，在模板实例化（即调用模板函数时）时需要传递的实参是一种数据类型，如int或double之类。
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函数模板的参数表中常常出现模板参数，如T1，T2
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2、使用函数模板的注意事项
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① 在定义模板时，不允许template语句与函数模板定义之间有任何其他语句。
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```c++
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template <class T>
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int x; //错误，不允许在此位置有任何语句
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T min(T a,T b){…}
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```
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② 函数模板可以有多个类型参数，但每个类型参数都必须用关键字class或typename限定。此外，模板参数中还可以出现确定类型参数，称为非类型参数。例：
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```c++
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template <class T1,class T2,class T3,int T4>
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T1 fx(T1 a, T 2 b, T3 c){…}
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```
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在传递实参时，非类型参数T4只能使用常量
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③ 不要把这里的class与类的声明关键字class混淆在一起，虽然它们由相同的字母组成，但含义是不同的。这里的class表示T是一个类型参数，可以是任何数据类型，如int、float、char等，或者用户定义的struct、enum或class等自定义数据类型。
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④ 为了区别类与模板参数中的类型关键字class，标准C++提出?了用typename作为模板参数的类型关键字，同时也支持使用class。比如，把min定义的template <class T>写成下面的形式是完全等价的：
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```c++
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template <typename T>
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T min(T a,T b){…}
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```
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3.函数模板的实例化
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- 实例化发生的时机
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模板实例化发生在调用模板函数时。当编译器遇到程序中对函数模板的调用时，它才会根据调用语句中实参的具体类型，确定模板参数的数据类型，并用此类型替换函数模板中的模板参数，生成能够处理该类型的函数代码，即模板函数。
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- 当多次发生类型相同的参数调用时，只在第1次进行实例化。假设有下面的函数调用：
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```c++
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int x=min(2,3);
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int y=min(3,9);
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int z=min(8.5);
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```
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编译器只在第1次调用时生成模板函数，当之后遇到相同类型的参数调用时，不再生成其他模板函数，它将调用第1次实例化生成的模板函数。
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- 实例化的方式
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**隐式实例化**
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编译器能够判断模板参数类型时，自动实例化函数模板为模板函数
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```c++
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template <typename T> T max (T, T);
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…
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int i = max (1, 2);
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float f = max (1.0, 2.0);
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char ch = max (‘a’, ‘A’);
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…
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```
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隐式实例化，表面上是在调用模板，实际上是调用其实例
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**显示实例化explicit instantiation**
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时机,编译器不能判断模板参数类型或常量值
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需要使用特定数据类型实例化
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语法形式::
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模板名称<数据类型,…,常量值,…> (参数)
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```c++
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template <class T> T max (T, T);
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…
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int i = max (1, ‘2’);
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// error: data type can’t be deduced
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int i = max<int> (1, ‘2’);
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…
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```
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4.函数模板的特化
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- 特化的原因
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但在某些情况下，模板描述的通用算法不适合特定的场合（数据类型等）
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比如：如max函数
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```c++
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char * cp = max (“abcd”, “1234”);
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实例化为：char * max (char * a, char * b){return a > b ? a : b;}
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```
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这肯定是有问题的，因为字符串的比较为：
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```c++
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char * max (char * a, char * b)
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{ return strcmp(a, b)>0 ? a : b; }
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```
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- 特化
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所谓特化，就是针对模板不能处理的特殊数据类型，编写与模板同名的特殊函数专门处理这些数据类型。
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模板特化的定义形式：
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template <> 返回类型 函数名<特化的数据类型>(参数表) {
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……
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}
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说明：
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① template < >是模板特化的关键字，< >中不需要任何内容；
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② 函数名后的< >中是需要特化处理的数据类型。
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5.说明
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① 当程序中同时存在模板和它的特化时，特化将被优先调用；
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② 在同一个程序中，除了函数模板和它的特化外，还可以有同名的普通函数。其区别在于C++会对普通函数的调用实参进行隐式的类型转换，但不会对模板函数及特化函数的参数进行任何形式的类型转换。
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6.调用顺序
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当同一程序中具有模板与普通函数时，其匹配顺序如下：
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完全匹配的非模板函数
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完全匹配的模板函数
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类型相容的非模板函数
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三、类模板
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1.类模板的概念
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类模板可用来设计结构和成员函数完全相同，但所处理的数据类型不同的通用类。
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如栈，存在
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双精度栈：
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```c++
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class doubleStack{
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private:
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double data[size];
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……
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};
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```
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字符栈：
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```c++
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class charStack{
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private:
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char data[size];
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……
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};
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```
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这些栈除了数据类型之外，操作完全相同，就可用类模板实现。
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2.类模板的声明
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```c++
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template<class T1,class T2,…>
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class 类名{
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…… // 类成员的声明与定义
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}
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```
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其中T1、T2是类型参数
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类模板中可以有多个模板参数，包括类型参数和非类型参数
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3.非类型参数
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非类型参数是指某种具体的数据类型，在调用模板时只能为其提供用相应类型的常数值。非类型参数是受限制的，通常可以是整型、枚举型、对象或函数的引用，以及对象、函数或类成员的指针，**但不允许用浮点型（或双精度型）、类对象或void作为非类型参数**。
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在下面的模板参数表中，T1、T2是类型参数，T3是非类型参数。
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```c++
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template<class T1,class T2,int T3>
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```
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在实例化时，必须为T1、T2提供一种数据类型，为T3指定一个整常数（如10），该模板才能被正确地实例化。
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4.类模板的成员函数的定义
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方法1：在类模板外定义，语法
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template <模板参数列表> 返回值类型 类模板名<模板参数名表>::成员函数名 (参数列表) { …… };
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方法2：成员函数定义，与常规成员函数的定义类似，另外
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“模板参数列表”引入的“类型标识符”作为数据类型使用
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“模板参数列表”引入的“普通数据类型常量”作为常量使用
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5.类模板特化
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特化
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解决例9-9的方法是特化。即用与该模板相同的名字为某种数据类型专门重写一个模板类。
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类模板有两种特化方式：一种是特化整个类模板，另一种是特化个别成员函数
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特化成员函数的方法：
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```c++
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template <> 返回类型 类模板名<特化的数据类型>::特化成员函数名(参数表){
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…… //函数定义体
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}
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```
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```c++
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template<> void Array<char *>::Sort(){
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for(int i=0;i<Size-1;i++){
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int p=i;
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for(int j=i+1;j<Size;j++)
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if(strcmp(a[p],a[j])<0)
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p=j;
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char* t=a[p];
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a[p]=a[i];
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a[i]=t;
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}
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}
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``` |