【c++指南】模板VS手写代码：这场效率对决你站哪边？【上】

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🚀 今天来学习模板的相关知识，有了模板之后就能大大提高效率。

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目录

引入

泛型编程

函数模板

概念

格式

原理

函数模板实例化

匹配原则

引入

类模板

定义格式

类模板实例化

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引入

泛型编程

在如上一段代码中，写了一个Swap函数，为了多种类型的支持，因此通过函数重载达到了多种类型的变量的交换。但是，如果此时增加一个新类型：如float类型或者类类型时，又需要程序员再增加自己对应的的函数。

1. 这是非常麻烦且代码复用性较低。每当出现新类型，都需要手动增加新函数；
2. 代码的维护性低，一旦某个位置出错，其余的函数重载都得改动。

很显然，这种方式不是我们所期望的。那能否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呢？

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。换句话说，有了函数重载的支持，才能达到模板的目的。 模板相当于一个模具，通过这个模具能填充不同类型，生成不同的的类型的代码。如同在古代没有造纸术时，只能依赖刀具处理木牍、竹简生成对应的模具；但当蔡伦发明了造纸术后，有了抄纸的模具“帘床”，大大提高了效率。

函数模板

概念

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。

格式

小编带着瞅瞅stl模板库中基本都是模板来实现的。

 从这里就可以发现模板的妙处，编译器能通过我们写的变量自动推导类型，生成不同的函数。那模板的格式又是咋样的呢？

        template                          (typename也可写成class，大多情况上是没区别的)         返回值类型 函数名 ( 参数列表 ){}

//template
template
void Swap(T& left, T& right)
{
	T temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}

原理

函数模板是一个蓝图，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来做。 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。比如： 当用 double 类型使用函数模板时，编译器通过对实参类型的推演， 将 T 确定为 double 类型，然后产生一份专门处理 double 类型的代码 ，对于字符类型也是如此。

函数模板实例化

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 。 1. 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
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);
	return 0;
}

在上面的程序就是隐式实例化（编译器自动识别参数类型）的体现。 那如果left是int类型，right是double类型呢？编译器又是否能够自动识别类型？

这里的报错信息是未找到匹配的重载函数，为什么呢？

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。（编译器一般不会对类型进行强转） 那有什么解决方法呢？

1. 自己手动强转从而来匹配对应的重载函数；
2. 使用显式实例化。

2. 显式实例化：在函数名后的 中指定模板参数的实际类型

Add(a, b);

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，而且该函数模板还可以被实例化为这 个非模板函数。 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。（即编译器有现成的会吃现成的，不会去推演） 那如果非要调用模板函数呢？使用显式实例化。

int Add(int left, int right)
{
	return left + right;
}
template
T Add(T left, T right)
{
	return left + right;
}
Add(1, 2);

3. 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

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前言

在实现顺序表、链表等数据结构时，我们常常使用

typedef + 类型 + 命名;

但是这种只能支持一种类型，即类型如果写成int，就只能插入int类型的数据；如果写成double类型，就只能插入double类型的数据。有没什么方法可以让这个类实现多个类型呢？那就需要引入类模板的概念。

类模板

定义格式

template
class 类模板名
{
    // 类内成员定义
};

// 类模版
template
class Stack
{
public:
	Stack(size_t capacity = 4)
	{
		_array = new T[capacity];
		_capacity = capacity;
		_size = 0;
	}
	void Push(const T& data)
    {
        //...
    }
private:
	T* _array;
	size_t _capacity;
	size_t _size;
};

在上面一段程序中，写了一段Stack类模板，可以支持多种类型的类。表面上看，我们只写了一份类模板，但实际编译器需要根据不同类型生成不同类型的类。这种方式极大减少了程序员敲代码的痛苦，脏活累活都交给了编译器来处理。

并且，模板并不推荐声明和定义分离到两个文件.h 和.cpp，这样会出现链接错误。（后续会讲）

类模板实例化

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 。

// Stack是类名，Stack才是类型
Stack st1; // int
Stack st2; // double

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