在了解string之前，我們需要了解模板等等的一些鋪墊知識，讓我們開始吧！

一、泛型編程

泛型編程是什么意思呢?我們通過下面的例子來具體了解：

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;
}
int main()
{
	int a = 1, b = 2;
	Swap(a, b);	
    double c=1.33,d=2.33;
    Swap(a,b)
}

就拿交換函數(shù)來說，當我們交換不同類型的變量的值，那就需要不停的寫交換函數(shù)的重載，這樣代碼復用率就較低，那我們能不能創(chuàng)造一個模板呢？？

一個Swap的模板，但是我可以用不同的類型去實現(xiàn)這個模板，繼而試用它。

如果在 C++ 中，也能夠存在這樣一個 模具 ，通過給這個模具中 填充不同材料 ( 類型 ) ，來 獲得不同材料的鑄件 ( 即生成具體類型的代碼）。 泛型編程：編寫與類型無關(guān)的通用代碼，是代碼復用的一種手段。模板是泛型編程的基礎(chǔ)。

二、模板（初階）

模板分為：函數(shù)模板和類模板

1.函數(shù)模板

1.單參數(shù)類型

函數(shù)模板代表了一個函數(shù)家族，該函數(shù)模板與類型無關(guān)，在使用時被參數(shù)化，根據(jù)實參類型產(chǎn)生函數(shù)的特定 類型版本。 就拿Swap來說： typename 是 用來定義模板參數(shù) 關(guān)鍵字，T是類型（也可以用class，（class T))

template<typename T>
void Swap(T& left, T& right)
{
	T temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}
int main()
{
	    int a = 1, b = 2;
	    Swap(a, b);
        int x = 1, y = 2;
		Swap(x, y);
		double m = 1.1, n = 2.2;
		Swap(m, n);
		char p = 'a', q = 'b';
		Swap(p, q);
        Swap(m,a);//不同類型
}

那么，具體是怎樣實現(xiàn)的呢？

函數(shù)模板是一個藍圖，它本身并不是函數(shù)，是編譯器用使用方式產(chǎn)生特定具體類型函數(shù)的模具。所以其實模 板就是將本來應(yīng)該我們做的重復的事情交給了編譯器。

編譯器通過類型推演，將函數(shù)模板進行實例化，對應(yīng)的T就會替換成具體的類型，模板實例化是用幾個實例化幾個，不是所有不同類型都提前模板實例化。

1.當變量類型相同，但是變量不同，調(diào)用Swap（）；模板實例化只會實例化一個，因為雖然變量不同，但類型相同，模板實例化就是將T換成具體的類型。

2.當Swap（m，a），變量是不同類型時，會發(fā)生什么？？

因為在推演void Swap(T& left, T& right)；時，T的類型不明確，就會發(fā)生錯誤（推演報錯），直接報錯

但如果不用模板，我們自己這樣：

void Swap(int& left, int& right)
{
	int temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}
int main()
{
  int a=2;
  double b=2.22;
  Swap(a,b);
}

可能有人就會想：在Swap（a,b）中，會不會a和b發(fā)生飲食類型轉(zhuǎn)化呢？較小的類型轉(zhuǎn)化成較大的類型。

當然不會：隱式類型轉(zhuǎn)化只有在 賦值：b=3;(產(chǎn)生臨時變量）；函數(shù)傳參的時候（產(chǎn)生臨時變量），才會發(fā)生隱式類型轉(zhuǎn)化。

函數(shù)形參是引用，當類型是引用時，我們就要小心：是否會發(fā)生權(quán)限放大？當b傳值時，中間的臨時變量具有常性（只讀），而形參是可讀可寫，權(quán)限就會放大，也是不可以通過的，除非加了const，但是加了const就無法交換了，所以這樣還是行不通的！

自動推演實例化和顯式實例化：

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
	return left + right;
}
int main()
{
	int a1 = 10, a2 = 20;
	double d1 = 10.1, d2 = 20.2;
	// 自動推演實例化
	cout << Add(a1, a2) << endl;
	cout << Add(d1, d2) << endl;
	cout << Add((double)a1, d2) << endl; //強制類型轉(zhuǎn)化也是產(chǎn)生臨時變量，不是改變a1
	cout << Add(a1, (int)d2) << endl;
	// 顯示實例化
	cout << Add<double>(a1, d2) << endl;//隱式類型轉(zhuǎn)化
	cout << Add<int>(a1, d2) << endl;
	return 0;
}

在自動推演實例化中，必須強轉(zhuǎn)，不然還是和之前問題一樣，該語句不能通過編譯，因為在編譯期間，當編譯器看到該實例化時，需要推演其實參類型通過實參a1將T推演為int，通過實參d1將T推演為double類型，但模板參數(shù)列表中只有一個T，編譯器無法確定此處到底該將T確定為int 或者 double類型而報錯。 (推演報錯）

不強轉(zhuǎn)情況：顯示實例化，：在函數(shù)名后的<>中指定模板參數(shù)的實際類型（我讓你怎么來你就怎么來?。?/p>

在函數(shù)名后加入了指定模板參數(shù)后，就會在實例化時，T直接是指定的類型，這樣就會發(fā)生隱式類型轉(zhuǎn)換。

注意：在模板中，編譯器一般不會進行類型轉(zhuǎn)換操作，因為一旦轉(zhuǎn)化出問題，編譯器就需要背黑鍋 Add(a1, d1); 此時有兩種處理方式：1. 用戶自己來強制轉(zhuǎn)化 2. 使用顯式實例化

2.多參數(shù)類型

template<typename T1,typename T2),T1，T2為不同類型，當然參數(shù)個數(shù)大于等于2

template<class t1,class t2>
t1 Add(const t1& left, const t2& right)
{
	return left + right;
}
int main()
{
	int a = 1, b = 2;
	double m = 2.22, n = 3.33;
	cout << Add(a, b) << endl;
	cout << Add(m, n) << endl;
	cout << Add(a, m) << endl;
	cout << Add(n, b) << endl;
}

此時，當Add（不同類型時），就不會發(fā)生推演錯誤，你是什么類型就會推演成什么模板函數(shù)。

3.模板函數(shù)和自定義函數(shù)

當模板函數(shù)和自己實現(xiàn)的函數(shù)是否可以同時存在時？

//專門處理int的加法函數(shù)
int Add(int left, int right) 
{
	return left + right;
}
// 通用加法函數(shù)
template<class T>
T Add(T left, T right) 
{
	return left + right;
}
int main()
{
	int a = 1, b = 2;
	Add(a, b);
	Add<int>(a, b);
	return 0;
}

當自己寫的函數(shù)和模板函數(shù)同時存在時,二者不會沖突，在之前我們講過他們的函數(shù)名修飾規(guī)則是不同的。

同時存在，且調(diào)用時，首先會調(diào)用自己寫的函數(shù)。因為模板函數(shù)相當于一個半成品，他需要推演實例化才會生成具體的函數(shù)，所以當然先使用自己實現(xiàn)的。

如果一定要使用模板函數(shù)的話，就需要顯示實例化：Add<int>(a,b);

這就叫泛型編程，與具體的類型無關(guān)！

2.類模板

類模板與函數(shù)模板不同的是：類模板統(tǒng)一顯式實例化，不需要推演，或者說沒有推演的時機，而函數(shù)模板實參傳遞形參時，就會發(fā)生推演實例化。

格式：

template<typename T>
class Stack
{
public:
	Stack(int capacity = 4)
	{
		_a = (T*)malloc(sizeof(T)*capacity);
		if (_a == nullptr)
		{
			perror("malloc fail");
			exit(-1);
		}
		_top = 0;
		_capacity = capacity;
	}
	 ......
private:
	T* _a;
	int _top;
	int _capacity;
};
int main()
{
	// 顯示實例化
	Stack<double> st1; // double
	st1.Push(1.1);
	Stack<int> st2; // int
	st2.Push(1);
	// s1,s2是同一個類模板實例化出來的，但是模板參數(shù)不同，他們就是不同類型
	return 0;
}

可能有人會問：s1=s2; 會不會發(fā)生隱式類型轉(zhuǎn)換呢？當然不會，隱式類型轉(zhuǎn)換只有在類型相近才會發(fā)生。

接下來創(chuàng)建一個數(shù)組類模板：

namespace mj
{
	template<class T>
	class array
	{
	public:
		inline T& operator[](size_t i)  //這里引用做返回值的目的是除了減少拷貝構(gòu)造，還有可以修改返回值，直接可以修改數(shù)組里的值
		{
			assert(i < N);  //嚴格控制越界訪問的情況
			return _a[i];
		}
	private:
		T _a[N];
	};
}
int main()
{
	mj::array<int> a1;
	for (size_t i = 0; i < N; ++i)
	{
		//相當于: a1.operator[](i)= i;
		a1[i] = i;
	}
	for (size_t i = 0; i < N; ++i)
	{
		// a1.operator[](i)
		cout << a1[i] << " ";
	}
	cout << endl;
	for (size_t i = 0; i < N; ++i)
	{
		a1[i]++;
	}
	for (size_t i = 0; i < N; ++i)
	{
		cout << a1[i] << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

我們可以發(fā)現(xiàn)，類對象居然也可以使用數(shù)組那一套了？？當然是取決于運算符重載。

他與普通數(shù)組最大的區(qū)別是：

1. 普通數(shù)組對于數(shù)組越界的這種情況，只能隨機的抽查！而我們自己實現(xiàn)的類模板可以嚴格的控制越界訪問這種情況！別說越界修改，越界訪問都不行！

2.效率上因為[]是運算符重載，使用就會調(diào)用函數(shù)開辟棧幀，但是若定義到類中，并且加inline，就對于效率來說，那真是完美！

3.模板不支持分離編譯

我們在實現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的時候，是不是會經(jīng)常去分幾個文件去實現(xiàn)不同模塊的功能？

（個人習慣）.h文件中，我們寫聲明；.cpp文件中，我們寫定義；test.cpp中，我們測試使用

但今天學習的模板就不能這么做了??！具體不能怎么做，我們上代碼：

如果這樣寫的話，他就會報鏈接錯誤（就是在使用時找不到定義）

我們知道，在預(yù)處理階段，就會將.h頭文件展開，test.cpp中只有聲明，在調(diào)用函數(shù)時，就會去找他的地址（call stack（）），那么在編譯的時候，編譯器允許只有聲明沒有函數(shù)，相當于你可以先給他一個承諾，兌不兌現(xiàn)后面再說。

但在鏈接的時候，test.cpp中，卻不能找到它的地址，這是為什么？？這就是模板和其他的區(qū)別！

鏈接錯誤原因：

.cpp中的定義，不是實例化模板，他只是一個模板，沒有任何實例化成任何類型。所以你在使用類模板的時候，壓根就找不到它的定義，當然也找不到地址了，這不就鏈接錯誤了嗎？

看上圖：stack<int> st; 顯示實例化，但是.h中只有聲明，test.cpp用的地方實例化了，但是定義的地方stack.cpp卻沒有實例化，只是一個模板。

用的地方在實例化，但是有聲明，沒有定義；

定義的地方?jīng)]有實例化。

解決方法：

那轉(zhuǎn)來轉(zhuǎn)去就是一個問題：stack.cpp中定義沒有實例化??！

辦法一：

你沒有實例化，我給你補上：在定義后面加一個實例化

template<class T>
Stack<T>::Stack(int capacity = 4)
{
	cout << "Stack(int capacity = )" << capacity << endl;
	_a = (T*)malloc(sizeof(T)*capacity);
	if (_a == nullptr)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
	_top = 0;
	_capacity = capacity;
	template
	class Stack<int>;

但是就會有另一個問題，我如果使用的時候，創(chuàng)建不同類型，那模板實例化就要有不同類型，那就要一直補實例化，總不肯用一個補一個吧。

方法二：

那就是模板的編譯不分離：（不要將定義和聲明一個到.cpp，一個到.h）

當放在一個文件中時，在編譯時，.h 文件展開后，定義和聲明都在test.cpp中，那直接就會完成模板實例化，就有了函數(shù)地址，不需要再去鏈接了。

鏈接：只有聲明沒有定義才會到處去找定義。

那有人就會問，加inline可以嗎？

inline當然不可以，加了inline后，直接不產(chǎn)生符號表，還存在什么地址嗎？

直接放類中也不行，當數(shù)據(jù)量大的時候，都擠到一推，代碼閱讀性很差，會傻傻搞不清！

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