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c++的泛型编程与模板

“泛型编程”：一种不考虑具体数据类型的编程方式

1.用泛型编程实现类模板

假如现在有个需求，我们要实现一些类，主要用于存储和组织数据结构（如链表类、堆类等），关注其实现的裸机，而不是数据结构中元素的具体类型

• 使用泛型编程，即实例化类时，向其指定数据类型。这样实现的类十分的精简高效，但其实现本质是根据参数不同定义了不同的类，可以认为类模板是一种语法糖
• 类模板无法像函数模板那样自动推导类型，只能显示指定类型

template //类模板一般在头文件里定义，template关键字告诉编译器开始泛型编程，< typename T1,  typename T2, int N>//typename关键字用于声明泛指类型class Operator{public:    T1 add(T2 a, N)//模板的预处理阶段可以传入参数，只能传递常量，有点类似于宏定义，N就是一个参数};template //template关键字告诉编译器开始泛型编程< typename T1,  typename T2, int N>//如果成员函数在外面定义，则也要加template和typename T1  Operator
   
    ::add(T2 a, N){    return static_cast
    
     (a + b);}int main(){    Operator
     
       op1;  //实例化类时，必须显示指定类型    op1.add(1, 2); //调用类中的成员函数    return 0;}
     
    
   

• 类模板是可以特化的，所谓特化，就是对类模板的某一种情况进行定义，当满足该情况时就会优先调用这个特化模板。有点类似于重载，但重载是差异化的，特化是特殊化的

template//原模板< typename T1, typename T2 >class Test{public:    void add(T1 a, T2 b)    {        cout << "void add(T1 a, T2 b)" << endl;    }};template< typename T >class Test < T, T >    // 当 Test 类模板的两个类型参数完全相同时，使用这个实现{public:    void add(T a, T b)//特化的模板可重写原模板的函数    {        cout << "void add(T a, T b)" << endl;    }    void print()//也可以新增原模板的函数    {    }};template<  >class Test < void*, void* >    //完全特化，当参数都为void*时优先调用{public:    void add(void* a, void* b)    {        cout << "void add(void* a, void* b)" << endl;    }};int main(){      Test
   
     t1;//调用原模板    Test
    
      t2;//调用部分特化的模板    Test
     
       t3;//调用完全特化的模板    return 0;}
     
    
   

2.用泛型编程实现函数模板

假设现在有个需求，需要我们实现一个Add接口，该接口可以对两个类型（int、double、string等都有可能）的变量进行相加，并将结果强制类型转换为特定类型再回

• 那么问题来了，这个函数对于参数的类型很讲究，但是参数类型我们事先是不知道的，那么只能对所有情况进行函数重载。但是这些重载函数仅仅是参数不同，内部逻辑是完全相同的，十分冗余
• 可以使用“泛型编程”，即类型也作为参数传入。这样实现的Add函数十分的精简高效，但其实现本质仍是函数重载，可以认为函数模板是函数重载的语法糖

template //template关键字告诉编译器开始泛型编程< typename T1,  typename T2, typename T3>//typename关键字用于声明泛指类型T1 Add(T2 a, T3 b){    return static_cast
   
    (a + b);}
   

• 此外，函数模板还可以进行“完全特化”，与类模板不同，函数模板不能进行“部分特化”。所谓特化，就是对函数模板的某一种情况进行定义，当满足该情况时就会优先调用这个特化模板。有点类似于重载，但重载是差异化的，特化是特殊化的

template//Add函数模板的一个完全特化< >char Add(int a, float b){    cout << "123" << endl;//特化的函数模板可以和原模板不一样    return static_cast
   
    (a + b);}
   

• 函数模板有两种使用方式，自动推导和显式指明，下面以swap为例
  • 若使用自动推导方法，则无法推导出返回值的类型
  • 若使用显式指明，则指明的类型按照之前template < typename T1, typename T2, typename T3>中的顺序一一对应，工程中一般将第一个类型作为返回值类型

int a = 1;float b = 0;char c = Add(b, a);//调用原模板，自动推导参数类型，但是无法推导返回值的类型char d = Add
   
    (a, b);//调用完全特化模板，显式指明类型为T1为char，T2为int，T3为float，char d = Add
    
     (a, b);//当然，也可以偷个懒，只指明返回值类型为char，反正参数类型可以自动推导....
    
   

3.普通函数与函数模板的冲突

函数模板也能被重载，不过只根据参数的个数不同来重载罢了，并且工程中，一般只是特化函数模板，并不会去重载函数模板。那么当一个普通的函数及其重载函数，遇到一个同名的函数模板及其特化时，编译器优先调用谁？

• 当参数匹配时，调用优先级：普通函数及其重载函数>函数特化模板>函数模板
• 调用时可以使用空的模板实参列表，如Add<>(a, b)来指定编译器调用函数模板

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