Cpp-模板初阶

2019-03-18

告诉编译器一个模子，让编译器根据不同的类型利用该模子来生成代码。
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。

函数模板

函数模板代表了一个函数家族，该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。

函数模板的格式

template<typename T1, typename T2,......,typename Tn>
返回值类型 函数名(参数列表){}

template<typename T>	// 模板头
void Swap(T& left,  T& right)
{
    T temp = left;
    left = right;
    right = temp;
}

⚠️ 注意：typename 是用来定义模板参数关键字，也可以使用 class (切记：不能使用 struct 代替 class)

函数模板的原理

模板是一个蓝图，它本身并不是函数，是编译器用使用方式产生特定具体类型函数的模具。所以其实模板就是将本来应该我们做的重复的事情交给了编译器。

在编译器编译阶段，对于模板函数的使用，编译器需要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。

⚠️ 注意：理解一下，这里。比如调用上面的 Swap 函数，传入 int 和 double 最终编译后其实调用的是两个函数，这个可以通过查看汇编代码或者打印函数地址来验证。

函数模板的实例化

用不同类型的参数使用函数模板时，称为函数模板的实例化。模板参数实例化分为：隐式实例化和显式实例化。

隐式实例化

让编译器根据实参推演模板参数的实际类型。

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
    return left + right;
}
int main() 
{
    int a1 = 10, a2 = 20;
    double d1 = 10.0, d2 = 20.0;
    Add(a1, a2);
    Add(d1, d2);
    /*
      该语句不能通过编译，因为在编译期间，当编译器看到该实例化时，需要推演其实参类型 通过实参a1将T推演为int，通过实参d1将T推演为double类型，但模板参数列表中只有一个T， 编译器无法确定此处到底该将T确定为int 或者 double类型而报错
      注意：在模板中，编译器一般不会进行类型转换操作，因为一旦转化出问题，编译器就需要背黑锅
      Add(a1, d1);
    */
  
    // 此时有两种处理方式:1. 用户自己来强制转化 2. 使用显式实例化 
  	Add(a, (int)d);
    return 0;
}

显示实例化

显式实例化：在函数名后的 <> 中指定模板参数的实际类型。

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将会报错。

1	Add<int>(a, b);

模板参数的匹配原则

1. 懒

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。

编译器也很「懒」，哈哈。编译器：”这里你已经有了，我就不给你再推断再生成一个函数去覆盖你的了。”

// 非模板函数
int Add(int left, int right) 
{
    return left + right;
}

// 通用加法函数 template<class T>
T Add(T left, T right)
{
    return left + right;
}
void Test()
{
    Add(1, 2); // 与非模板函数匹配，编译器不需要特化
		Add<int>(1, 2); // 调用编译器特化的Add版本 
}

2. 勤快

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。

1 2	Add(1, 2.0); // 模板函数可以生成更加匹配的版本，编译器根据实参生成更加匹配的Add函数

3. 小气

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。

类模板

格式

class 类模板名
{
    // 类内成员定义 
};

⚠️ 注意：叫法上有一点需要注意一哈！

注意：
  Date类：
    类名 Date 类型 Date
  模板类：
    类名 Vector 类型 Vector<int>

🌰 栗子：Vector 动态顺序表

template<class T> class Vector
{
public :
    Vector(size_t capacity = 10)
        : _pData(new T[capacity])
        , _size(0)
        , _capacity(capacity)
    {}
    // 使用析构函数演示:在类中声明，在类外定义。 ~Vector();
    void PushBack(const T& data)
    {
        // _CheckCapacity();
        _pData[_size++] = data;
    }
    void PopBack()
    {
        --_size; 
    }
    size_t Size()
    {
        return _size;
    }
    T& operator[](size_t pos)
    {
        assert(pos < _size);
        return _pData[pos];
    }

private:
    T* _pData;
    size_t _size;
    size_t _capacity;
};

⚠️ 注意：

重载操作符 [] 、实现 Size 接口是为了实现类似于数组的方式访问 private 成员。

类模板中函数放在类外进行定义时，需要加模板参数列表

template <class T>
Vector<T>::~Vector()
{
    if(_pData) 
    {
    		delete[] _pData;
    }
}

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。

Vector<int> s1;
s1.PushBack(1);
s1.PushBack(2);
s1.PushBack(3);
Vector<double> s2;
s2.PushBack(1.0);
s2.PushBack(2.0);
s2.PushBack(3.0);

for(size_t i = 0; i < s1.Size(); ++i)
{
    cout<<s1[i]<<" ";
}
cout<<endl;
for(size_t i = 0; i < s2.Size(); ++i)
{
    cout<<s2[i]<<" ";
}
cout<<endl;

STL 简介(入坑😆)

真的真的真的方便啊，吼吼吼。

网上有句话说:“不懂STL，不要说你会C++”，入坑学习咯。

STL(standard template libaray-标准模板库)：是 C++ 标准库的重要组成部分，不仅是一个可复用的组件库，而且
是一个包罗数据结构与算法的软件框架。

STL 的版本

原始版本 Alexander Stepanov、Meng Lee 在惠普实验室完成的原始版本，本着开源精神，他们声明允许任何人任意运用、拷贝、修改、传播、商业使用这些代码，无需付费。唯一的条件就是也需要向原始版本一样做开源使用。 HP 版本–所有STL实现版本的始祖。

P. J. 版本 由P. J. Plauger开发，继承自HP版本，被Windows Visual C++采用，不能公开或修改，缺陷：可读性比较低，符号命名比较怪异。

RW版本 由Rouge Wage公司开发，继承自HP版本，被 C+ + Builder 采用，不能公开或修改，可读性一般。

✨ SGI版本 由Silicon Graphics Computer Systems，Inc公司开发，继承自HP版本。被 GCC(Linux) 采用，可移植性好，可公开、修改甚至贩卖，从命名风格和编程风格上看，阅读性非常高。

STL 的六大组件

容器（Container）

算法（Algorithm）

迭代器（Iterator）

仿函数（Function object）

适配器（Adaptor）

空间配置器（allocator）

学习 STL 三个阶段

能用，明理，能扩展。

STL 缺陷

STL 库的更新太慢了。这个得严重吐槽，上一版靠谱是C++98，中间的C++03基本一些修订。C++11出来已经相隔了13年，STL才进一步更新。
STL 现在都没有支持线程安全。并发环境下需要我们自己加锁。且锁的粒度是比较大的。
STL 极度的追求效率，导致内部比较复杂。比如类型萃取，迭代器萃取。
STL 的使用会有代码膨胀的问题，比如使用 vector/vector/vector 这样会生成多份代码，当然这是模板语法本身导致的。