C++泛型一：模板

数据类型给程序设计带来的困扰及解决方案

int maxt(int, int);
double maxt(double, double);

若有一种占位符T，能够代替类型，便可以简化代码的冗余编写

T maxt(T,T);

C++模板

模板声明如下

template<typename T1, ...>

template是C++的模板声明关键字，尖括号内为模板参数列表

typename为类型占位符声明关键字

template<typename T>
T maxt(T x, T y){
    return (x>y)? x: y;
}

函数模板

在预编译阶段，当程序中调用函数模板时，编译器会用实际类型替换类型占位符生成实体函数

若编译器可以从函数实参中推导出模板参数所需类型，则可以不传入模板参数

template<typename T>
T maxt(T x, T y){
    return (x>y)?x:y;
}

int main(int argc, char* argv[]){
    // std::cout<< maxt<int>(4,6)<< std::endl;
    std::cout<< maxt(4,6)<< std::endl;

    return 0;
}

类模板

在声明类时，使用template进行模板声明即可

template<typename T>
class Circle{
public:
    Circle(T r);
}

若在类模板外实现成员函数，则必须声明为函数模板

template<typename T>
Circle<T>::Circle(T r){}

在调用时，需要在类名后使用尖括号传递具体类型

Circle<int> circle;

STL的模板编程对面向对象技术并不感兴趣，其认为类对数据的过度封装影响程序的执行效率

而为了更好的管理代码，所以STL中使用大量没有访问权限的struct制作的类模板

变量模板

变量模板，将模板扩展到变量

如pi<T>的实现

当T为double时，返回3.14

当T为int时，返回3

当T为string时，返回"3.14"或"pi"

C++新标准对泛型设计的努力

auto和decltype

C++11中，auto关键字，用来推导变量的数据类型auto a=100;

auto类型的获取可通过编译器的类型记忆能力或decltype的类型提示来推导

利用类型记忆推导复杂类型

auto目前能力有限，只对系统的内置数据类型有效

对于用户自定义类型或复杂类型，只有当编译器取得足够经验后，才具备推导能力

map<int,map<int,int>>::const_iterator iter1=map1.begin();
auto iter2=map1.begin();

由于前一条语句告知了编译器map1.begin()的类型，在处理第二条语句时，便利用了记忆能力自动推导出iter2的类型

decltype表达式对推导函数返回值类型进行指导

变量类型难以确定的问题一般出现在函数返回值上，C++11可以使用decltype对函数返回值的类型推导工作进行指导

当返回auto类型，需要编译器对函数返回值类型进行推导时，可用decltype对该推导工作进行指导

template<typename T, typename U>
auto Multiply(T t, U u)->decltype(t*u){
    return t*u;
}

这种使用auto作为函数返回值类型的称为auto返回值占位

将auto看作数据类型，则auto也是一种泛型，只不过无须关键字typename声明

且实际类型不是由实参显式提供，而是根据类型操作相关历史记忆及应用程序提供的推导思路

模板参数

根据参数实参的性质，模板参数分为类型参数，非类型参数和模板定义型参数三种

类型参数

用关键字typename声明的参数

类型参数的类型实参包括：

• 系统内置的类型
• 用户自定义的数据类型
• 编译器刚学到的类模板实体
• 由typename定义的类型别名

非类型参数

C++允许在模板参数列表中定义普通变量或对象，如template<typename T, int a>

由于模板参数是在预编译阶段进行传递并被编译的，故这种非类型参数在模板代码内是常量，不能修改

对于这种参数，目前C++仅支持整型int（或可转为int的类型，如bool），枚举，指针和引用类型

C++11支持非类型参数在定义时赋值，如template<typename T, int b=100>

模板定义型参数

以类模板作为类模板参数，除了强调这个类型参数必须为类模板外，还强调该类模板的参数个数

// 单模板参数的类模板
template<typename T>
struct S_Tmp{};

// 多模板参数的类模板
template<typename T, typename R>
struct D_Tmp{};

// 以单参数类模板作为参数的类模板
template<template<typename S>class T>
struct MyTest{};

int main(){
  MyTest<S_Tmp> tt1;
//   MyTest<D_Tmp> tt1; // error
  return 0;
}

模板形参和实参的结合

函数模板实参的隐式结合

编译器可以根据函数实参类型推导出模板形参所对应的实参，这种在调用函数模板时可以省略模板参数列表

由于函数调用语句中不提供函数返回值的类型信息，所以模板的返回值类型占位符必须与某个形参的占位符相同

指针实参

C++中，指针是一种数据类型，因此可作为模板实参

修饰字const和&的使用

可以在模板调用参数列表中使用修饰字const和&

template<typename T1, typename T2>
const T1& add(const T1& a, const T2& b){
    return a;
}

模板特例化与模板具现

模板特例化

数据类型的变化通常与业务逻辑无关

若有个别数据类型所对应的算法与其他类型对应的算法不同，这类算法就要单独编写

函数模板的特化

如判断大小的函数，数值类型与字符串类型的比较算法是不一样的，应该分开实现

template<typename T>
T mymax(T a, T b){
    return a>b?a:b;
}
template<>
char* mymax(char* a, char* b){
    return (strcmp(a,b)<0)?b:a;
}

使用template<>是为了将其纳入maxt模板体系

类模板的特化与偏特化

// 普通模板
template<typename T1, typename T2>
struct Test{};

// 偏特化模板
template<typename T>
struct Test<int, T>{};

// 全特化模板
template<>
struct Test<int, float>{};

模板的具现

编译器在匹配模板生成实体代码时的优先级

1. 特化模板（函数或类）
2. 偏特化模板（类）
3. 普通模板（函数或类）