C++的优秀特性5：模版

（转载请注明原创于潘多拉盒子)

　　C++是强类型语言，而且恐怕是强类型语言里面类型最严格的。这意味着：1. C++变量的类型在定义时就确定了；2. 该类型在后续的生命期中不会改变。比如：

int n = 0;
n = 3.14159;    // n的类型不变，仍然为int型

这样编译器产生的机器码是确定的，不需要运行时编译，比如像Python中的JIT（Just In Time）那样在代码执行过程中编译。

　　但是，这给代码的可复用性带来了麻烦。比如现实中我们可能会定义一个二元关系"<"，它表示“如果a < b，那么a在b前面”，或许你可以简单的理解为小于号，或者更广义的说，是a在b前面。那么你可能可以基于这个顺序的定义写一个排序函数。比如：

void sort(int* array, int len)
{
    // 某种排序实现，比如冒泡或者快速排序，就地对array中的元素进行排序
}

貌似就OK了！但仔细一看，不对！如果array是double型呢？幸好C++有重载（overload）机制，这事儿也不难：

void sort(double* array, int len)
{
    // 某种排序实现，比如冒泡或者快速排序，就地对array中的元素进行排序
}

由于是sort是完全基于 "<"运算符的，因此可以想想这两段实现代码看起来会非常像，出了中间变量的类型不同之外，其余都是相同的。甚至你可以直接拷贝粘贴，可以轻松实现float、long甚至是string的排序函数。

　　不过，这很繁琐，不仅如此，还带来了维护的问题，如果代码需要改动呢？C++为解决这类问题，提供了模版机制，它允许程序员用"抽象类型"来暂时替代具体的类型，比如上述的例子可以写成：

template <typename T>
void sort(T* array, int len)
{
    // 直接实现基于抽象类型T的排序函数，这里的类型T是可以在编译时确定的
}

注意，这段代码必须实现在头文件中，不可以实现在cpp中，除非该函数仅仅由该cpp调用。有了这样一个函数的定义，在客户代码中如何调用呢？该怎么调用就怎么调用，比如：

 std::string names[100];
// load names ...
sort(names, 100);    // 编译器在此时完成模版的实例化

　　除了可以定义模版函数之外，还可以定义模版类，比如标准模版库（STL）就是基于模版机制实现的C++标准库。比如你可以定义一个类Any（boost库中有完整的实现boost::any），用于封装所有的类型。这个类可以定义成这样：

class Any
{
public:
    Any() : _object(NULL), _type() {}

    Any(const Any& other) : _object(other._object), _type(other._type) {}

    Any& operator = (const Any& other)
    {
　　　　_object = other._object;
　　　　_type = other._type;
       return *this;
    }

    // 可以将任意类型T的对象存储在这个Any类型中
　　template <typename T>
　　Any& operator = (const T& object)
　　{
　　　　_holder = new T(object);
　　　　_type = typeid(T);
       return *this;
　　}

   // 定义了向已知类型T的转换操作
　　template <typename T>
　　T& cast()
　　{
　　　　if (typeid(T) != _type)
　　　　{
　　　　　　throw std::exception("bad type");
　　　　}
　　　　return *reinterpret_cast<T>(_object);
　　}

private:
    void* _object;
    std::type_info _type;
};

这个类使用起来是这样的：

std::string name = "ZHANG San";
Any attribute = name;  // 这个any内部保存的类型被实例化为std::string
std::string& anotherName = name.cast<std::string>();  // 由于没有参数列表，只能在模版实例化指示部分<std::string>定义实例化类型
assert(name == anotherName);  // must be true

　　或许，你需要定义一个容器类，像STL那样，保存某些元素：

template <typename T>
class Container
{
public:
    // 具体定义
};

// 客户代码
Container<double> scores;

　　

C++的模版机制较复杂，实际使用中也会遇到不少问题，这里因为内容深度的限制，就不继续讨论了。