当前位置：网站首页>机械转码日记【17】模板，STL简介

//针对int类型交换写的Swap函数
void Swap(int& left, int& right)
{
	int temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}

//针对double类型交换写的Swap函数
void Swap(double& left, double& right)
{
	double temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}
//......
//如果要交换别的类型，就要多写好多个Swap函数

可见如果要用C语言写Swap，那将会非常的麻烦，我们要做很多重复性的工作，于是C++大佬们为了“偷懒”，就发明了模板这种语法：

template<typename T>
template<class T>//也可以用class
void Swap(T& left, T& right)
{
	T tmp = left;
	left = right;
	right = tmp;
}

int main()
{
	int a = 0, b = 1;
	double c = 2.2, d = 3.3;
	swap(a, b);
	swap(c, d);

	return 0;
}

template是模板的关键字，<>里面放的是模板参数，typename是用来定义模板参数关键字，也可以使用class（但是不能使用struct），模板有两种，函数模板和类模板：

1.1函数模板

函数模板代表了一个函数家族，该函数模板与类型无关，在使用时被参数化，根据实参类型产生函数的特定类型版本。

1.1.1函数模板格式

函数模板的格式如下面所示：
template<typename T1, typename T2,......,typename Tn>
返回值类型函数名(参数列表){}

template<typename T>
template<class T>//也可以用class
void Swap(T& left, T& right)
{
	T tmp = left;
	left = right;
	right = tmp;
}

1.1.2函数模板的原理

函数模板是一个蓝图，它本身并不是函数，是编译器用使用方式产生特定具体类型函数的模具。所以其实模板就是将本来应该我们做的重复的事情交给了编译器。例如我们刚刚的swap函数模板，在交换int和交换double时，它的底层其实就是调用了两个不同的函数：

在编译器编译阶段，对于模板函数的使用，编译器需要根据传入的实参类型来推演生成对应类型的函数以供调用。比如：当用double类型使用函数模板时，编译器通过对实参类型的推演，将T确定为double类型，然后产生一份专门处理double类型的代码，对于字符类型也是如此。

其实我们以后再也不用自己写swap了，C++库里面已经写好了swap函数：

可以想一想，为什么C++里面有swap的模板，而C语言没有没有呢？因为C语言没有模板，也没有函数重载，自然就不可能实现swap了。

1.1.3函数模板的实例化

用不同类型的参数使用函数模板时，称为函数模板的实例化。模板参数实例化分为：隐式实例化和显式实例化。

1.隐式实例化：让编译器根据实参推演模板参数的实际类型

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
    return left + right;
}
int main()
{
    int a1 = 10, a2 = 20;
    double d1 = 10.0, d2 = 20.0;
    Add(a1, a2);
    Add(a1, d1);//该语句会报错
/*
  该语句不能通过编译，因为在编译期间，当编译器看到该实例化时，需要推演其实参类型
  通过实参a1将T推演为int，通过实参d1将T推演为double类型，但模板参数列表中只有
  一个T，
  编译器无法确定此处到底该将T确定为int 或者 double类型而报错
  注意：在模板中，编译器一般不会进行类型转换操作，因为一旦转化出问题，编译器就需要
  背黑锅
  Add(a1, d1);
*/
// 此时有两种处理方式：1. 用户自己来强制转化 2. 使用显式实例化
  // 1.强转
   Add(a, (int)d);
   return 0;
}

2.显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

int main(void)
{
    int a = 10;
    double b = 20.0;
    // 显式实例化
    Add<int>(a, b);
    return 0;
}

此时如果类型不匹配，编译器会尝试进行隐式类型转换，如果无法转换成功编译器将会报错

1.1.4函数模板的匹配原则

1. 一个非模板函数可以和一个同名的函数模板同时存在，而且该函数模板还可以被实例化为这个非模板函数

// 专门处理int的加法函数
int Add(int left, int right)
{
    return left + right;
}
// 通用加法函数
template<class T>
T Add(T left, T right)
{
    return left + right;
}
void Test()
{
    Add(1, 2); // 与非模板函数匹配，编译器不需要特化
    Add<int>(1, 2); // 调用编译器特化的Add版本
}

2. 对于非模板函数和同名函数模板，如果其他条件都相同，在调动时会优先调用非模板函数而不会从该模板产生出一个实例。如果模板可以产生一个具有更好匹配的函数，那么将选择模板

// 专门处理int的加法函数
int Add(int left, int right)
{
    return left + right;
}
// 通用加法函数
template<class T1, class T2>
T1 Add(T1 left, T2 right)
{
    return left + right;
}
void Test()
{
    Add(1, 2); // 与非函数模板类型完全匹配，不需要函数模板实例化
    Add(1, 2.0); // 模板函数可以生成更加匹配的版本，编译器根据实参生成更加匹配的Add函数
}

1.2类模板

1.2.1类模板的定义格式

template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 类模板名
{
// 类内成员定义
};

如上面所示，类模板的定义格式和函数模板其实很相似，上面是先定义模板类型，然后下面再正常的使用类的定义。

下面以vector为例，介绍一下类模板的定义方法：

// 动态顺序表
// 注意：Vector不是具体的类，是编译器根据被实例化的类型生成具体类的模具
template<class T>
class Vector
{
public :
Vector(size_t capacity = 10)
: _pData(new T[capacity])
, _size(0)
, _capacity(capacity)
{}
private:
T* _pData;
size_t _size;
size_t _capacity;
}

1.2.2类模板和函数模板的声明和定义分离

如果是函数模板，它的声明和定义分离的格式为：

//声明：
template<typename T>
void Swap(T& left, T& right);

//定义
template<typename T>
void Swap(T& left, T& right)
{
	T temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}

但如果是类模板，它的声明和定义分离的格式为：

//声明
template<class T>
class Vector
{
public:
	Vector(size_t capacity)
		: _pData(new T[capacity])
		, _size(0)
		, _capacity(capacity)
	{}
	void PushBack(const T& x);
	~Vector();
private:
	T* _pData;
	size_t _size;
	size_t _capacity;
};

//定义
// 注意：类模板中函数放在类外进行定义时，需要加模板参数列表和域作用限定符
template<class T>
Vector<T>::~Vector()
{
	if (_pData)
		delete[] _pData;
	_size = _capacity = 0;
}

模板的声明和定义不能放在两个不同的文件中，否则会报链接错误，也就是说我们不能像函数一样，声明放在.h，定义放在.cpp。

模板不支持声明和定义分别放到xxx.h和xxx.cpp中，一般是要放到一个文件中。有些地方就会命名成xxx.hpp，寓意就是头文件和定义实现内容合并一起但是并不是必须是.hpp，.h也是可以的。

//template.hpp
template<typename T>
void Swap(T& left, T& right);

template<class T>
class Vector
{
public:
	void PushBack(const T& x);
	~Vector();
private:
	T* _pData;
	size_t _size;
	size_t _capacity;
};

template<typename T>
void Swap(T& left, T& right)
{
	T temp = left;
	left = right;
	right = temp;
}

//定义
template<class T>
// 注意：类模板中函数放在类外进行定义时，需要加模板参数列表
Vector<T>::~Vector()
{
	if (_pData)
		delete[] _pData;
	_size = _capacity = 0;
}

//其实放在template.h中也可以

1.2.3类模板的实例化

类模板实例化与函数模板实例化不同，类模板实例化需要在类模板名字后跟<>，然后将实例化的类型放在<>中即可，和函数模板的显式实例化有点相似，类模板名字不是真正的类，而实例化的结果才是真正的类。

// Vector类名，Vector<int>才是类型
Vector<int> s1;
Vector<double> s2;

2.STL 简介

STL(standard template libaray-标准模板库)：是C++标准库的重要组成部分，不仅是一个可复用的组件库，而且是一个包罗数据结构与算法的软件框架。STL并不是C++之父发明的，它的原始版本是Alexander Stepanov、Meng Lee 在惠普实验室完成的原始版本，本着开源精神，他们声明允许任何人任意运用、拷贝、修改、传播、商业使用这些代码，无需付费。唯一的条件就是也需要向原始版本一样做开源使用。 HP 版本——是所有STL实现版本的始祖。

2.1STL的版本

P. J. 版本：
由P. J. Plauger开发，继承自HP版本，被Windows Visual C++采用，不能公开或修改，缺陷：可读性比较低，符号命名比较怪异。
RW版本:由Rouge Wage公司开发，继承自HP版本，被C+ + Builder 采用，不能公开或修改，可读性一般。
SGI版本：
由Silicon Graphics Computer Systems，Inc公司开发，继承自HP版本。被GCC(Linux)采用，可移植性好，可公开、修改甚至贩卖，从命名风格和编程风格上看，阅读性非常高。我们后面学习STL要阅读部分源代码，主要参考的就是这个版本。