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模板与泛型编程

编写一套与特定类型无关的通用代码，是软件开发中的代码复用常用手段。

1. 函数模板

函数模板也是一个与特定类型无关的功能，不需要显式指示就能根据输入的类型生成专门版本的函数。

1.1 函数模板的格式

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

这样，对于任意类型，Swap函数都能正确工作。

1.2模板的原理

编译器通过对传入类型的推断，分别为不同的类型生成特定代码。例如，传入double，编译器生成处理double的Swap函数。

1.3 这些函数的实例化方式

• 隐式实例化：无需显式指明模板参数，默认根据传递参数推导类型。

  int main() {
      Swap(1, 2); // Integer类型的Swap函数自动调用
      Swap(1.0, 2.0); // Double类型的Swap函数自动调用
      Swap('1', '2'); // Char类型的Swap函数自动调用
  }

• 显式实例化：在调用函数时明确指明模板参数。

  int main() {
      Swap
       
        (1, 2.0); // 手动指定int类型作为模板参数
  }
       

2. 类模板

类模板结合模板参数进行类型推断，灵活支持多种数据类型。

2.1 类模板的定义格式

template 
   
    
class Test {
public:
    Test() {}; 
    ~Test(); 
private:
    T* pData;
};
   

通过模板参数T，支持任意类型的数据存储。

2.2 类模板的实例化

Test
   
     s1;
Test
    
      s2;
    
   

这样，Test类分别支持int和double类型的对象。

3. 模板参数

模板参数分为类型模板参数和非类型模板参数。

3.1 类型模板参数

template 
   
    
class Test {
};
   

• T: 类型模板参数。
• N: 非类型模板参数，格式为size_t（整型）。

3.2 使用注意事项

• 非类型的模板参数必须在编译期确定。
• 常用非类型模板参数只能是整型，避免浮点数、类或字符串等。

4. 模板特化

针对特殊类型，提供特定版本以提高效率或功能。

4.1 函数模板特化

// 通用模板
template 
   
    
bool IsEqual(T left, T right) {
    return (left == right);
}
// 特化模板（针对char*）
template <>
bool IsEqual
    
     
 (
 char*& left, char*& right
 ) {
     return strcmp(left, right) == 0;
 }
    
   

4.2 类模板特化

• 全特化：将模板参数全部替换。
• 偏特化：限制部分参数类型为特定形式，如指针或引用。

4.3 内置类型和自定义类型的拷贝

特化内置类型（如int）和自定义类型（如特化的类）确保拷贝正确。

5. 分离编译的原理

模板的编译分为两步：

分离编译允许单个源文件实现模板，但因为生成的代码存在依赖关系，需确保编译器能正确处理。

6. 模板的优缺点

优点：

缺点：