目录
一、为什么要使用模板
二、函数模板
1.函数模板概念
2.函数模板格式
3.函数模板原理
4.函数模板的实例化
（1）隐式实例化
（2）显式实例化
（3）模板参数的匹配原则
三、类模板
1.类模板定义
2.类模板的实例化
一、为什么要使用模板
C语言中，定义一个函数来交换两个变量的值，如果变量的类型有多种，那么函数也必要定义多个：
void Swapi(int* p1, int* p2)
{
int temp = *p1;
*p1 = *p2;
*p2 = temp;
}
void Swapd(double* p1, double* p2)
{
double temp = *p1;
*p1 = *p2;
*p2 = temp;
}
void Swapc(char* p1, char* p2)
{
char temp = *p1;
*p1 = *p2;
*p2 = temp;
}
int main()
{
int a = 1, b = 2;
Swapi(&a, &b);
double c = 1.1, d = 2.2;
Swapd(&c, &d);
char e = 'a', f = 'b';
Swapc(&e, &f);
return 0;
}
由于c语言函数名修饰规则直接使用函数名生成符号表，不允许多个同名函数同时存在，多个函数名必须不同，因此只能写多个相似的swap函数，如果其他类型的变量也要进行交换，又得重新定义其他函数。C++支持函数重载，如果参数类型不同，多个函数可以使用同一个函数名：
void Swap(int& p1, int& p2)
{
int temp = p1;
p1 = p2;
p2 = temp;
}
void Swap(double& p1, double& p2)
{
double temp = p1;
p1 = p2;
p2 = temp;
}
void Swap(char& p1, char& p2)
{
char temp = p1;
p1 = p2;
p2 = temp;
}
int main()
{
int a = 1, b = 2;
Swap(a, b);
double c = 1.1, d = 2.2;
Swap(c, d);
char e = 'a', f = 'b';
Swap(e, f);
return 0;
}
但是如果其他类型的变量也要进行交换，又得重新定义不同参数类型的函数重载，
不断使用函数重载会有以下问题：
（1）重载的函数仅仅只是类型不同，代码的复用率比较低，只要有新类型出现时，就需要增加对应的函数
（2）代码的可维护性比较低，一个出错可能所有的重载均出错
能不能只写一个与类型无关的函数来适配所有参数类型呢？
比如给编译器一个模子，让编译器根据不同的类型用这个模子来生成代码。C++增加了泛型编程：编写与类型无关的通用代码，是代码复用的一种手段，模板是泛型编程的基础。
二、函数模板
1.函数模板概念
函数模板代表了一个函数家族，函数模板与类型无关，在使用时被参数化，根据实参类型产生函数的特定类型版本
2.函数模板格式
template
返回值类型 函数名(参数列表){}
typename是用来定义模板参数关键字，也可以使用class(千万不能使用struct)。
有了模板以后，交换函数可以这样写：
#includeusing namespace std; //函数模板 template void Swap(T& t1, T& t2) { T temp = t1; t1 = t2; t2 = temp; } int main() { int a = 1, b = 2; Swap(a, b); double c = 1.1, d = 2.2; Swap(c, d); return 0; }
F10-调试-窗口-监视-F11，发现Swap(a, b);和Swap(c, d);都调用了 void Swap(T& t1, T& t2)函数：
3.函数模板原理
实际上Swap(a, b);和Swap(c, d); 调用的是一个函数还是两个函数呢？
F10-调试-窗口-反汇编，发现他们调用的两个不同的函数地址，也就是调用了两个不同的函数，说明经过编译器处理，进行了模板的实例化，方便调试：
原理：
如下图所示，模板不是函数，是编译器用来产生特定具体类型函数的模具，把本来应该是我们做的事交给了编译器：
编译器通过调用实参，去推演模板板的形参，就推出了T到底是double型、int型还是char型，并实例化生成3份代码。
预处理阶段推演出3份代码以后，中间的模板就不存在了，编译器把它转化成后面3个函数，再去调对应的这3个函数。
整个过程其实是我们自己偷了个懒，即本该由我们自己写这3个函数，但是我们不想重复写，就自己写了一个模板，编译器通过模板帮我们生成了对应的代码。
注意：如果有多个参数时，参数的类型不同就不能用模板，因为编译器不知道T到底要传给哪种类型。
比如，a是int型，c是double型，，模板参数只有一个T，T不知道要推演成int，还是推演成double：
Swap(a, c);//编译报错
模板参数还可以做返回值：
//函数模板 templateT Add(T& t1, T& t2)//返回值类型是泛型 { return t1 + t2; } int main() { int a = 1, b = 2; Add(a, b); double c = 1.1, d = 2.2; Add(c, d); return 0; }
4.函数模板的实例化
函数模板的实例化：用不同类型的参数使用函数模板。模板参数实例化分为隐式实例化和显式实例化。
（1）隐式实例化
隐式实例化就是让编译器根据实参推演函数模板参数的实际类型。如前所示，a和b同类型，都是int，编译器会根据Add函数传的实参推演模板参数的实际类型T：
#includeusing namespace std; //函数模板 template T Add(T& t1, T& t2)//返回值类型是泛型 { return t1 + t2; } int main() { int a = 1, b = 2; Add(a, b); double c = 1.1, d = 2.2; Add(c, d); return 0; }
以上就是隐式实例化。
但是如何让下面代码也编译通过呢？
Add(a,c);
编译器不知道要将T推演成int还是推演成double，但是我们可以将参数进行强转，在编译器推演T的类型之前，将两个参数的类型强行转为同类型：
Add(a,(int)c); Add((double)a, c);
但是编译不通过：
这是因为强转会发生隐式类型转换，c是double型，强转为int型，中间会产生一个int类型的临时变量，而临时变量具有常性，Add函数的参数t1和t2没有使用const修饰，会导致权限放大，这是不允许的，因此要将Add函数的参数类型加上const关键字进行修饰：
templateT Add(const T& t1, const T& t2)//返回值类型是泛型 { return t1 + t2; } int main() { int a = 1, b = 2; Add(a, b); double c = 1.1, d = 2.2; Add(c, d); Add(a, (int)c); Add((double)a, c); return 0; }
为了让Add(a,c);编译通过，强转只是解决的一种方法，还有另外一种方法：显式实例化。
（2）显式实例化
显式实例化就是在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型：
Add(a, c);//a和c都将作为int型传给形参 Add (a, c);//a和c都将作为double型传给形参
如果类型不匹配，编译器会尝试进行隐式类型转换，如果无法转换成功，编译器会报错。
（3）模板参数的匹配原则
①一个非模板函数可以和一个同名的函数模板同时存在，该函数模板还可以被实例化为这个非模板函数：
int Add(int t1, int t2)//返回值类型是泛型
{
return t1 + t2;
}
template
T Add(const T& t1, const T& t2)//返回值类型是泛型
{
return t1 + t2;
}
int main()
{
int a = 1, b = 2;
Add(a, b);
Add(a, c);
return 0;
}
F10-调试-窗口-反汇编：
发现Add(a,b)与非模板函数匹配，编译器不需要进行模板函数实例化：
发现Add
②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：
int Add(int t1, int t2)//返回值类型是泛型
{
return t1 + t2;
}
template
T Add(const T& t1, const T& t2)//返回值类型是泛型
{
return t1 + t2;
}
int main()
{
Add(1, 2);
Add(1, 2.0);
return 0;
}
F10-调试-窗口-反汇编：
发现Add(1,2)与非函数模板匹配，直接调用现成的Add函数，省去了对模板参数类型T的推演，编译器不需要进行模板函数实例化：
发现Add(1,2.0)与非模板函数不匹配，编译器只能根据实参生成更加匹配的Add函数：
三、类模板
1.类模板定义
当有多个类时，其功能相同，仅仅数据类型不同，就可以使用类模板：
templateclass 类模板名 { //类内成员定义 };
例如对于链表，以下代码只能插入整型结点，因为限定了VDataType的类型为int型：
#include#include using namespace std; typedef int VDataType;//限定了VDataType的类型只能为int型 class vector { public: //构造函数 vector() :_a(nullptr) , _size(0) , _capacity(0) {} //析构函数 ~vector() { delete[] _a; _a = nullptr; _size = _capacity = 0; } //读写第pos个位置的元素 int& operator[](size_t pos) { assert(pos < _size); return _a[pos]; } //求数组大小 size_t size() { return _size; } //插入节点 void push_back(const int& x) { if (_size == _capacity) { int newCapacty = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2; int* tmp = new int[newCapacty]; if (_a) { memcpy(tmp, _a, sizeof(int) * _size); delete[] _a; } _a = tmp; _capacity = newCapacty; } _a[_size] = x; ++_size; } private: VDataType* _a; int _size; int _capacity; };
但是现在如果想借助这一份代码，让链表v1存int型数据，让另一个链表v2存double型数据，该怎样实现呢？使用类模板：
#include#include using namespace std; template //类模板定义 class vector { public: //构造函数 vector() :_a(nullptr) , _size(0) , _capacity(0) {} //析构函数 ~vector() { delete[] _a; _a = nullptr; _size = _capacity = 0; } //读写第pos个位置的元素 T& operator[](size_t pos) { assert(pos < _size); return _a[pos]; } //求数组大小 size_t size() { return _size; } //插入节点 void push_back(const T& x) //指定参数类型 { if (_size == _capacity) { int newCapacty = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2; T* tmp = new T[newCapacty];//指定tmp类型，以便后面赋值给_a if (_a) { memcpy(tmp, _a, sizeof(int) * _size); delete[] _a; } _a = tmp; _capacity = newCapacty; } _a[_size] = x; ++_size; } private: T* _a; //指定成员变量类型 int _size; int _capacity; };
vector不是具体的类，是编译器根据被实例化的类型生成具体类的模具。以上仅仅只是类模板的显式指定，如何向v1中插入int型数据，向v2中插入double型数据呢？
int main()
{
delia::vector v1; //v1存放int型数据，生成T是int型的vector
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
//v1[i]等价于v1.operator()[i]
for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
{
cout << v1[i] << " ";
}
cout << endl;
for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
{
v1[i] *= 2;
cout << v1[i] << " ";
}
cout << endl;
delia::vector v2; //v2存放double型数据，生成T是double型的vector
v2.push_back(1.1);
v2.push_back(2.2);
return 0;
}
由于库里面有vector头文件，假如在库里包含了#include
#include#include #include using namespace std; namespace delia { template //类模板定义 class vector { public: //构造函数 vector() :_a(nullptr) , _size(0) , _capacity(0) {} //析构函数 ~vector() { delete[] _a; _a = nullptr; _size = _capacity = 0; } //读写第pos个位置的元素 T& operator[](size_t pos) { assert(pos < _size); return _a[pos]; } //求数组大小 size_t size() { return _size; } //插入节点 void push_back(const T& x) //指定参数类型 { if (_size == _capacity) { int newCapacty = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2; T* tmp = new T[newCapacty];//指定tmp类型，以便后面赋值给_a if (_a) { memcpy(tmp, _a, sizeof(int) * _size); delete[] _a; } _a = tmp; _capacity = newCapacty; } _a[_size] = x; ++_size; } private: T* _a; //指定成员变量类型 int _size; int _capacity; }; }
现在可以打印某个位置的数据了：
int main()
{
delia::vector v1; //v1存放int型数据，生成T是int型的vector
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
//v1[i]等价于v1.operator()[i]
for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
{
cout << v1[i] << " ";
}
cout << endl;
for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
{
v1[i] *= 2;
cout << v1[i] << " ";
}
cout << endl;
delia::vector v2; //v2存放double型数据，生成T是double型的vector
v2.push_back(1.1);
v2.push_back(2.2);
return 0;
}
如果函数声明和定义分开，比如在类里面声明函数，但是在类外面定义函数，需要在函数定义的位置再定义一个模板参数，让编译器知道T是一个模板类型，否则编译器识别不了T是从哪里来的，是什么：
#include#include #include using namespace std; namespace delia { template //类模板定义 class vector { public: //构造函数 vector() :_a(nullptr) , _size(0) , _capacity(0) {} //析构函数 ~vector() { delete[] _a; _a = nullptr; _size = _capacity = 0; } //类里面，读写第pos个位置的元素：函数声明 T& operator[](size_t pos); //求数组大小 size_t size() { return _size; } //插入节点 void push_back(const T& x) //指定参数类型 { if (_size == _capacity) { int newCapacty = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2; T* tmp = new T[newCapacty]; if (_a) { memcpy(tmp, _a, sizeof(int) * _size); delete[] _a; } _a = tmp; _capacity = newCapacty; } _a[_size] = x; ++_size; } private: T* _a; //指定成员变量类型 int _size; int _capacity; }; //类外面，读写第pos个位置的元素:函数定义 template //用模板类型指定了具体类型 T& vector :: operator[](size_t pos) { assert(pos < _size); return _a[pos]; } }
2.类模板的实例化 类模板实例化与函数模板实例化不同，类模板实例化需要在类模板名字后跟<>，然后将实例化的类型放在<> 中即可，类模板名字不是真正的类，而实例化的结果才是真正的类。
delia::vectorv1; //vector是类模板名字，vector 才是类型
