函数模板

本节知识点：

1.泛型编程：

   a.泛型编程，即不考虑具体数据类型的编程模式

2.函数模板(c++中的泛型编程)：

   a.函数模板，即提供一种特殊的函数可用不同类型进行调用，主要区别是类型可被参数化！

   b.函数模板的语法规则：

   c.函数模板的应用(有两种，一种是编译器自动推导调用，另一种是具体类型显示调用)：

示例代码：

#include <cstdlib>
#include <iostream>

using namespace std;

template<typename T> //定义为函数模板  泛型为T表示
void swap1(T& a, T& b)
{
    T c = a;
    a = b;
    b = c;
}

int main()
{
    int a = 12;
    int b = 10;
    cout << a << " " << b << endl;
    swap1(a,b); //自动类型推导调用
    cout << a << " " << b << endl;

    float a1 = 120;
    float b1 = 100;
    cout << a1 << " " << b1 << endl;
    swap1<float>(a1,b1); //具体类型显示调用
    cout << a1 << " " << b1 << endl;
    return 0;
}

3.函数模板的深入理解：

   a.编译器并不是把函数模板处理成能够处理任意类型的函数，编译器从函数模板中通过具体类型产生不同的函数。

   b.编译器会对函数模板进行两次编译，第一次是在声明的地方对函数模板代码本身进行编译，查看是否有语法错误。第二次是在模板函数被调用的地方对参数替换后的代码进行编译。

   c.使用函数模板的过程是，首先声明并定义函数模板，当调用函数模板的时候，编译器自己或程序员显示获得模板中参数的类型。当获得参数类型后，编译器会根据参数类型和函数模板产生一个具体参数类型的函数，并调用这个函数，而不是调用函数模板(这个过程可以参看程序的汇编代码，可知调用了那种参数类型的函数模板，就会产生那种参数类型的具体函数，没调用的类型则没有)。即void swap1(T& a, T& b)这个函数模板，可适合char、int、double等类型。如果不调用swap1这个函数，函数模板则不会被编译进程序成为最终的二进制文件，不占用空间。如果只这样swap1<int>(a, b)调用函数，最终的二进制文件中只有一个void swap1(int& a, int& b)这样的函数，没有其他类型的函数。

4.函数模板的特化：

  a.函数模板特化的语法规则：

     第一种：

template <>
void swap1(float& a, float& b)

     第二种：

template <>
void swap1<float>(float& a, float& b)

   b.函数模板特化的应用：在一些情况不能完全使用泛型编程的时候(即函数模板不适合所有数据类型的时候)，就需要使用特化把特殊情况，单独写成函数。如上面代码，当swap1函数的参数是float型的时候，就不再根据原先的函数模板生成具体的函数了，直接调用特化的函数。

   c.函数模板仅仅是起到一个模板的作用，是帮助根据调用类型生成具体类型函数的，函数模板本身是不会被编译进入二进制文件的(可执行文件)。事实证明也是如此，通过对汇编代码的观察，发现汇编代码中是没有函数模板的对应汇编代码的，只有被调用后产生了具体函数，才会有具体的汇编代码。所以函数模板是不会存在在二进制文件中的。但是函数模板的特化，其实就是已经产生了具体类型的函数了，所以有对应的汇编代码，也会存在在二进制文件中。

代码示例：

#include <iostream>

using namespace std;

template <typename T>
void swap1(T& a, T& b)
{
    T c = a;
    a = b;
    b = c;
}
template <>
void swap1(float& a, float& b)  //等效void swap1<float>(float& a, float& b)
{
    float  c = a;
    a = b;
    b = c;
    cout << "hello float swap1" << endl;
}
int main()
{
    int a = 100;
    int b = 120;
    cout << a << " " << b << endl;
    swap1(a, b);
    cout << a << " " << b << endl;

    float fa = 1.1;
    float fb = 1.2;
    cout << fa << " " << fb << endl;
    swap1(fa, fb);
    cout << fa << " " << fb << endl;
    return 0;
}

5.函数模板与重载：

   a.函数模板之间也是可以发生函数重载的

   b.c++编译器优先考虑普通函数

   c.如果函数模板可以产生一个更好的匹配，那么选择使用模板

   d.可以通过空模板实参列表的语法限定编译器只通过模板匹配

示例代码：

#include <iostream>

using namespace std;

void swap1(int& a, int& b) //与函数模板是重载关系
{
    int c = a;
    a = b;
    b = c;
    cout << "swap1 int" << endl;
}

template <typename T>
void swap1(T& a, T& b)
{
    T& c = a;
    a = b;
    b = c;
    cout << "swap1 Ta Tb" << endl;
}
template <typename T> //与函数模板重载关系
void swap1(T& a, T& b, T& d)
{
    T& c = a;
    a = b;
    b = c;
    cout << "swap1 Ta Tb Td" << endl;
}
int main()
{
    int a = 100;
    int b = 120;
    swap1(a,b); //对于模板与具体函数重载 编译器默认调用具体函数
    swap1<int>(a,b); //可以直接指明使用函数模板    说明类型
    swap1<>(a,b); //可以直接指明使用函数模板    编译器自动检测类型

    float fa = 1.0;
    float fb = 1.2;
    swap1(fa,fb); //具体函数实现不了  使用函数模板进行匹配

    char ca = 'a';
    char cb = 'b';
    char cc = 'c';
    swap1(ca, cb, cc); //函数模板之间也是可以发生重载的
}

6.多参数函数模板：

   a.对于T max(T a, T b)这样的模板，T只能是同一个类型，如果max(fa, b)调用，其中fa和b不是同一个类型，就不会使用max的函数模板，有模板重载的函数就会调用重载函数，没有就会报错，注意强制使用模板也会报错！还有就是对于函数模板的特化，如果特化的函数与模板函数不是一个类型的，即T的位置上，不是同一个类型的，也会报错的！代码如下：

#include <iostream>

using namespace std;

int max(int a, int b)
{
    cout << "max int" << endl;
    return a>b?a:b;
}

template <typename T>
T max(T a, T b)
{
    cout << "max T" << endl;
    return a>b?a:b;
}
int main()
{
    int a = 12;
    int c = 10;
    float b = 1.0;
    cout << max(a,b) << endl;
//  cout << max<>(a,b) << endl;  //这条语句是不可以 强制使用模板的 因为模板中T必须是一个类型
    return 0;
}

注意：函数模板不允许自动类型转换(即typename都是一致的)，普通函数能够进行自动类型转换

   b.多参数函数模板：函数模板可以定义任意多个不同的类型参数，这样就有效的解决了上面的问题，代码如下：

#include <iostream>

using namespace std;

template <typename T1, typename T2, typename Ri>
Ri add(T1 a, T2 b)
{
    return static_cast<Ri>(a + b);
}

int main()
{
    int a = 12;
    float b = 2.98;
    cout << add<int,float,double>(a, b) << endl;
    return 0;
}

     c.切记，在函数模板中声明了类型参数为返回值类型时(即Ri add(T1 a, T2 b)中的Ri就是)，编译器就无法进行自动类型推导了。这里有一个解决办法，就是将返回类型参数声明到第一个参数位置，调用时只需显示声明返回类型参数即可。代码如下：

#include <iostream>

using namespace std;

template <typename Ri, typename T1, typename T2> //注意Ri的位置
Ri add(T1 a, T2 b)
{
    return static_cast<Ri>(a + b);
}

int main()
{
    int a = 12;
    float b = 2.98;
    cout << add<double>(a, b) << endl; //因为Ri为第一个参数位置
    return 0;
}