C++学习笔记之模板（1）——从函数重载到函数模板

一、函数重载

因为函数重载比较容易理解，并且非常有助于我们理解函数模板的意义，所以这里我们先来用一个经典的例子展示为什么要使用函数重载，这比读文字定义有效的多。

现在我们编写一个交换两个int变量值得函数，可以这样写:

 void swap（int & a, int & b）
 {
    int tmp;

    tmp = a;
    a = b;
    b = tmp;  

 }

假如我们现在想在与上面函数相同的文件中（可以理解为同一个main函数中）交换两个float变量呢，是不是需要重新整一个函数名，重新定义一个函数呢？当然是不需要！

可以直接这样写：

#include <iostream>

void swap(int & a, int & b);
void swap(float & a, float & b);

int main()
{
   using namespace std;

   int wallet1 = ;
   int wallet2 = ;
   float wallet3 = 125.33;
   float wallet4 = 235.82;

   cout << "Before swapping wallet1 and wallet2:" << endl;
   cout << "wallet1 = $" << wallet1 << endl;
   cout << "wallet2 = $" << wallet2 << endl;
   swap(wallet1, wallet2);
   cout << "After swapping wallet1 and wallet2:" << endl;
   cout << "wallet1 = $" << wallet1 << endl;
   cout << "wallet2 = $" << wallet2 << endl;

   cout << "Before swapping wallet3 and wallet3:" << endl;
   cout << "wallet3 = $" << wallet3 << endl;
   cout << "wallet4 = $" << wallet4 << endl;
   swap(wallet3, wallet4);
   cout << "After swapping wallet3 and wallet4:" << endl;
   cout << "wallet3 = $" << wallet3 << endl;
   cout << "wallet4 = $" << wallet4 << endl;

   return ;
}

 void swap(int & a, int & b)
{
    int tmp;

    tmp = a;
    a = b;
    b = tmp;  

 }

 void swap(float & a, float & b)
{
    float tmp;

    tmp = a;
    a = b;
    b = tmp;  

 }

执行结果如下：

由此可以总结出函数重载的相关知识：函数重载就是允许存在多个同名的函数，但是函数的参数列表必须不同，即参数的类型或者数目不一样。如示例中的swap()函数有两个，但是输入的参数类型不一样，编译器就是根据参数列表（也称为函数特征）的不同来确定到底选择哪一个函数去执行！这样我们就可以为相同的操作，但是参数类型不同的函数只用同一个函数名，如示例中都是交换操作，只是参数类型不同而已。虽然函数重载很吸引人，但是很明显看出代码量比较大，所以不要滥用，仅当函数基本上执行相同的任务，但使用不同形式的数据时，才应采用函数重载……

试想一下，我们要交换char, int, short, double, float ...等等这许多变量，如果按照上述方式，正常人都疯了，于是函数模板款款而来……

二、函数模板

首先不说函数模板的定义，待洒家展示一下函数模板的神奇之处先，还是以事实说话，用函数模板实现上述功能：交换两个变量！

 #include <iostream>

 template <typename T>
 void Swap(T &a, T &b);

 int main()
 {
    using namespace std;

    int wallet1 = ;
    int wallet2 = ;
    cout << "Before swapping wallet1 and wallet2:" << endl;
    cout << "wallet1 = $" << wallet1 << endl;
    cout << "wallet2 = $" << wallet2 << endl;
    Swap(wallet1, wallet2);
    cout << "After swapping wallet1 and wallet2:" << endl;
    cout << "wallet1 = $" << wallet1 << endl;
    cout << "wallet2 = $" << wallet2 << endl;

    double wallet3 = 125.33;
    double wallet4 = 235.82;
    cout << "Before swapping wallet3 and wallet3:" << endl;
    cout << "wallet3 = $" << wallet3 << endl;
    cout << "wallet4 = $" << wallet4 << endl;
    Swap(wallet3, wallet4);
    cout << "After swapping wallet3 and wallet4:" << endl;
    cout << "wallet3 = $" << wallet3 << endl;
    cout << "wallet4 = $" << wallet4 << endl;

    char x = 'a';
    char y = 'b';
    cout << "Before swapping x and y:" << endl;
    cout << "x = " << x << endl;
    cout << "y = " << y << endl;
    Swap(x, y);
    cout << "After swapping wallet3 and wallet4:" << endl;
    cout << "x = " << x << endl;
    cout << "y = " << y << endl;
    return ;
 }

 template <typename T>
 void Swap(T &a, T &b)
 {
     T tmp;
     tmp = a;
     a = b;
     b = tmp;
 }

执行如下：

这里我们实现了int, double, char类型的交换（但是其他任何类型的两个变量的交换均可实现，有兴趣的同学可以自己试一试，很简单，声明两个变量，调用一下函数就是了），但是可以看到，模板函数的定义就只是这么一小段：

 template <typename T>
 void Swap(T &a, T &b)
 {
     T tmp;
     tmp = a;
     a = b;
     b = tmp;
 }

好了，来好好解释一下，缓解同志们迫不及待的心情，嘿嘿……

所谓函数模板，就是让我们编写的函数独立于参数类型，只要函数执行的操作不变，就不用改变代码。函数模板以任意类型的方式来定义函数，以上面的Swap()模板函数为例：第一行指出要建立一个模板，类型为T，关键字template声明这是一个模板，关键字typename声明类型（有些老版本编译器不支持typename,用关键字class代替也一样），这里T是一个标志符，习惯上都用T（当然可以是S,Q，ABC等其他合法标识符），这个T代表着一种类型，但是具体代表什么类型（int?double?char?）是根据编译时输入的参数确定的，如上述main()函数的10,11，15行，编译器发现输入参数是int类型，那么T具体化为int, 同样第30,31,35，T就被具体化为char. 后面的代码就是交换两个变量的值。

要注意的是，函数模板本身并不是函数，它只是告诉编译器如何定义函数（这就是称之为模板的原因，提供一个框架而已），具体的函数是在编译过程中生成的。需要交换int的函数时，编译器按照模板的模式创建这样的函数，用int代替T，即函数是在编译过程中生成的，函数模板并不创建函数，只是创建一个模板去告诉编译器如何生成函数而已，最终的代码（编译之后）不包含任何模板，而只包含了为具体程序生成的实际函数。使用模板的好处是，它使得生成多个函数定义更简单、可靠。

专业一点的表述是，函数模板是通用的函数描述（ps:因为适合任何类型的参数），它们使用泛型来定义函数（ps:T可以带便任何类型），其中泛型可以用具体的类型（如int或者double）替换。通过将类型作为参数传递给模板，可是编译器生成该类型的函数。由于模板允许以泛型（刚刚ps中解释了泛型的感性理解哈）的方式编写程序，因此有时也被称为通用编程。由于类型是用参数表示的，因此模板特性也被称为参数化类型(parameterized types).