[C++]模板初阶与STL简介-Toy模板网

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模板初阶与STL简介：：

1.泛型编程

2.函数模板

3.类模板

4.什么是STL

5.STL的版本

6.STL的六大组件

7.STL的缺陷

模板初阶与STL简介：：

1.泛型编程

如何实现一个通用的交换函数呢?

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使用函数重载虽然可以实现，但是有以下几个不好的地方：

1.重载的函数仅仅是类型不同，代码复用率比较低，只要有新类型出现时，就需要用户自己增加对应的函数

2.代码的可维护性低，一个出错可能所有的重载均出错

那能否告诉编译器一个模具，让编译器根据不同的类型利用该模具来生成代码呢?

如果在C++存在一种模具，通过给这个模具中填充类型，来生成具体类型的代码，那将会极大程度的提高效率。

泛型编程：编写与类型无关的通用代码，是代码复用的一种手段。模板是泛型编程的基础。

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2.函数模板

函数模板的概念：

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，根据函数类型产生函数的特定类型的版本。

函数模板样式：

template<typename T1, typename T2,......,typename Tn>

返回值类型函数名(参数列表){}

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

注意：typename是用来定义模板参数关键字，也可以使用class(切记：不能使用struct代替class)

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，所以模板就是将本来应该我们重复做的事情交给了编译器。

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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：当调用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。

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：隐式实例化和显示实例化。

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

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2.显示实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

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。

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

模板参数的匹配原则：

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

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2.对于非模板函数和同名函数模板，如果其他条件都相同，在调用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。

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3.模板函数不允许自动类型转换，但普通函数可以进行自动类型转换。

3.类模板

typedef int STDataType;
class StackInt
{
public:
	Stack(int capacity = 4)
	{
		cout << "Stack(int capacity = )" << capacity << endl;
		_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * capacity);
		if (_a == nullptr)
		{
			perror("malloc fail");
			exit(-1);
		}
	}
	~Stack()
	{
		cout << "~Stack()" << endl;
		free(_a);
		_a = nullptr;
		_top = _capacity = 0;
	}
	void Push(STDataType x)
	{
		//...
		//扩容
		_a[_top++] = x;
	}
private:
	STDataType* _a;
	int _top;
	int _capacity;
};

typedef double STDataType;
class StackDouble
{
public:
	Stack(int capacity = 4)
	{
		cout << "Stack(int capacity = )" << capacity << endl;
		_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * capacity);
		if (_a == nullptr)
		{
			perror("malloc fail");
			exit(-1);
		}
	}
	~Stack()
	{
		cout << "~Stack()" << endl;
		free(_a);
		_a = nullptr;
		_top = _capacity = 0;
	}
	void Push(STDataType x)
	{
		//...
		//扩容
		_a[_top++] = x;
	}
private:
	STDataType* _a;
	int _top;
	int _capacity;
};

当我们需要两个栈，一个在栈中插入int类型的数据，一个在栈中插入double类型的数据，那么typedef将不再适用，代码可重复性过高。

因此typedef不能更好的支持泛型编程，只是提高了代码的可维护性，需要在此引入类模板。

template<typename T>
class Stack
{
public:
	Stack(int capacity = 4)
	{
		cout << "Stack(int capacity = )" << capacity << endl;
		_a = (T*)malloc(sizeof(T) * capacity);
		if (_a == nullptr)
		{
			perror("malloc fail");
			exit(-1);
		}
	}
	~Stack()
	{
		cout << "~Stack()" << endl;
		free(_a);
		_a = nullptr;
		_top = _capacity = 0;
	}
	void Push(const T& x)
	{
		//...
		//扩容
		_a[_top++] = x;
	}
private:
	T* _a;
	int _top;
	int _capacity;
};
int main()
{
	//类模板没有推演的时机，函数模板通过实参传递形参，推演模板参数
	//类模板统一显示实例化
	//他们是同一个类模板实例化出来的 但是模板参数不同 他们就是不同的类
	Stack<int> st1;
	st1.Push(1);
	Stack<double> st2;
	st2.Push(1.1);
	return 0;
}

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
}；

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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<>即可，类模板名字不是真正的类，而实例化出的结果才是真正的类。

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用模板模拟实现静态数组

#define N 10
template<class T>
class array
{
public:
	inline T& operator[](size_t i)
	{
		assert(i < N);
		return _a[i];
	}
private:
	T _a[N];
};
int main()
{
	array<int> a1;
	for (size_t i = 0; i < N; ++i)
	{
		a1[i] = i;
	}
	for (size_t i = 0; i < N; ++i)
	{
		a1[i]++;
	}
	for (size_t i = 0; i < N; ++i)
	{
		cout << a1[i] << endl;
	}
	return 0;
}

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