Template所代表的泛型編程是C++語(yǔ)言中的重要的組成部分，我將通過(guò)幾篇blog對(duì)這半年以來(lái)的學(xué)習(xí)做一個(gè)系統(tǒng)的總結(jié)，本文是基礎(chǔ)篇的第一部分。

為什么要有泛型編程

C++是一門(mén)強(qiáng)類(lèi)型語(yǔ)言，所以無(wú)法做到像動(dòng)態(tài)語(yǔ)言（python javascript）那樣子，編寫(xiě)一段通用的邏輯，可以把任意類(lèi)型的變量傳進(jìn)去處理。泛型編程彌補(bǔ)了這個(gè)缺點(diǎn)，通過(guò)把通用邏輯設(shè)計(jì)為模板，擺脫了類(lèi)型的限制，提供了繼承機(jī)制以外的另一種抽象機(jī)制，極大地提升了代碼的可重用性。

注意：模板定義本身不參與編譯，而是編譯器根據(jù)模板的用戶使用模板時(shí)提供的類(lèi)型參數(shù)生成代碼，再進(jìn)行編譯，這一過(guò)程被稱(chēng)為模板實(shí)例化。用戶提供不同的類(lèi)型參數(shù)，就會(huì)實(shí)例化出不同的代碼。

函數(shù)模板定義

把處理不同類(lèi)型的公共邏輯抽象成函數(shù)，就得到了函數(shù)模板。

函數(shù)模板可以聲明為inline或者constexpr的，將它們放在template之后，返回值之前即可。

普通函數(shù)模板

下面定義了一個(gè)名叫compare的函數(shù)模板，支持多種類(lèi)型的通用比較邏輯。

template<typename T>
int compare(const T& left, const T& right) {
  if (left < right) {
    return -1; 
  }
  if (right < left) {
    return 1; 
  }
  return 0;
}

compare<int>(1, 2); //使用模板函數(shù)

成員函數(shù)模板

不僅普通函數(shù)可以定義為模板，類(lèi)的成員函數(shù)也可以定義為模板。

class Printer {
public:
  template<typename T>
  void print(const T& t) {
    cout << t <<endl;
  }
};

Printer p;
p.print<const char*>("abc"); //打印abc

為什么成員函數(shù)模板不能是虛函數(shù)(virtual)？

這是因?yàn)閏++ compiler在parse一個(gè)類(lèi)的時(shí)候就要確定vtable的大小，如果允許一個(gè)虛函數(shù)是模板函數(shù)，那么compiler就需要在parse這個(gè)類(lèi)之前掃描所有的代碼，找出這個(gè)模板成員函數(shù)的調(diào)用（實(shí)例化），然后才能確定vtable的大小，而顯然這是不可行的，除非改變當(dāng)前compiler的工作機(jī)制。

實(shí)參推斷

為了方便使用，除了直接為函數(shù)模板指定類(lèi)型參數(shù)之外，我們還可以讓編譯器從傳遞給函數(shù)的實(shí)參推斷類(lèi)型參數(shù)，這一功能被稱(chēng)為模板實(shí)參推斷。

如何使用

compare(1, 2); //推斷T的類(lèi)型為int
compare(1.0, 2.0); //推斷T的類(lèi)型為double
p.print("abc"); //推斷T的類(lèi)型為const char*

有意思的是，還可以通過(guò)把函數(shù)模板賦值給一個(gè)指定類(lèi)型的函數(shù)指針，讓編譯器根據(jù)這個(gè)指針的類(lèi)型，對(duì)模板實(shí)參進(jìn)行推斷。

int (*pf) (const int&, const int&) = compare; //推斷T的類(lèi)型為int

當(dāng)返回值類(lèi)型也是參數(shù)時(shí)

當(dāng)一個(gè)模板函數(shù)的返回值類(lèi)型需要用另外一個(gè)模板參數(shù)表示時(shí)，你無(wú)法利用實(shí)參推斷獲取全部的類(lèi)型參數(shù)，這時(shí)有兩種解決辦法：

返回值類(lèi)型與參數(shù)類(lèi)型完全無(wú)關(guān)，那么就需要顯示的指定返回值類(lèi)型，其他的類(lèi)型交給實(shí)參推斷。

注意：此行為與函數(shù)的默認(rèn)實(shí)參相同，我們必須從左向右逐一指定。

template<typename T1, typename T2, typename T3>
T1 sum(T2 v2, T3 v3) {
 return static_cast<T1>(v2 + v3);
}

auto ret = sum<long>(1L, 23); //指定T1, T2和T3交由編譯器來(lái)推斷

template<typename T1, typename T2, typename T3>
T3 sum_alternative(T1 v1, T2 v2) {
 return static_cast<T1>(v1 + v2);
}
auto ret = sum_alternative<long>(1L, 23); //error，只能從左向右逐一指定
auto ret = sum_alternative<long,int,long>(1L,23); //ok, 誰(shuí)叫你把最后一個(gè)T3作為返回類(lèi)型的呢？

返回值類(lèi)型可以從參數(shù)類(lèi)型中獲得，那么把函數(shù)寫(xiě)成尾置返回類(lèi)型的形式，就可以愉快的使用實(shí)參推斷了。

template<typename It>
auto sum(It beg, It end) -> decltype(*beg) {
 decltype(*beg) ret = *beg;
 for (It it = beg+1; it != end; it++) {
   ret = ret + *it;
 }
 return ret;
}

vector<int> v = {1, 2, 3, 4};
auto s = sum(v.begin(), v.end()); //s = 10

實(shí)參推斷時(shí)的自動(dòng)類(lèi)型轉(zhuǎn)換

編譯器進(jìn)行模板實(shí)參推斷時(shí)通常不會(huì)對(duì)實(shí)參進(jìn)行類(lèi)型轉(zhuǎn)換，只有以下幾種情況例外：

1. 普通對(duì)象賦值給const引用 int a = 0; -> const T&
2. 數(shù)組名轉(zhuǎn)換為頭指針 int a[10] = {0}; -> T*
3. 函數(shù)名轉(zhuǎn)換為函數(shù)指針 void func(int a){...} -> T*
   

 函數(shù)模板重載

函數(shù)模板之間，函數(shù)模板與普通函數(shù)之間可以重載。編譯器會(huì)根據(jù)調(diào)用時(shí)提供的函數(shù)參數(shù)，調(diào)用能夠處理這一類(lèi)型的最特殊的版本。在特殊性上，一般按照如下順序考慮：

1. 普通函數(shù)
2. 特殊模板（限定了T的形式的，指針、引用、容器等）
3. 普通模板（對(duì)T沒(méi)有任何限制的）

對(duì)于如何判斷某個(gè)模板更加特殊，原則如下：如果模板B的所有實(shí)例都可以實(shí)例化模板A，而反過(guò)來(lái)則不行，那么B就比A特殊。

template<typename T>
void func(T& t) { //通用模板函數(shù)
  cout << "In generic version template " << t << endl;
}

template<typename T>
void func(T* t) { //指針版本
  cout << "In pointer version template "<< *t << endl;
}

void func(string* s) { //普通函數(shù)
  cout << "In normal function " << *s << endl;
}

int i = 10;
func(i); //調(diào)用通用版本，其他函數(shù)或者無(wú)法實(shí)例化或者不匹配
func(&i); //調(diào)用指針版本，通用版本雖然也可以用，但是編譯器選擇最特殊的版本
string s = "abc";
func(&s); //調(diào)用普通函數(shù)，通用版本和特殊版本雖然也都可以用，但是編譯器選擇最特化的版本
func<>(&s); //調(diào)用指針版本，通過(guò)<>告訴編譯器我們需要用template而不是普通函數(shù)

模板函數(shù)特化

有時(shí)通用的函數(shù)模板不能解決個(gè)別類(lèi)型的問(wèn)題，我們必須對(duì)此進(jìn)行定制，這就是函數(shù)模板的特化。函數(shù)模板的特化必須把所有的模版參數(shù)全部指定。

template<>
void func(int i) {
  cout << "In special version for int "<< i << endl; 
}

int i = 10;
func(i); //調(diào)用特化版本

以上所述是小編給大家介紹的C++ Template函數(shù)模板解整合，希望對(duì)大家有所幫助，如果大家有任何疑問(wèn)請(qǐng)給我留言，小編會(huì)及時(shí)回復(fù)大家的。在此也非常感謝大家對(duì)腳本之家網(wǎng)站的支持！

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