為什么需要模板

相信寫過Java的童鞋們都知道泛型編程，在C++中與之對應的就是模板。

模板是一種對類型進行參數化的工具，通常有兩種形式：函數模板和類模板。

模板是一些為多種類型而編寫的函數和類，而且這些類型都沒有指定。當使用模板的時候，你只需要把所希望的類型作為一個（顯式或者隱式的）實參傳遞給模板。 另外，由于模板是語言本身所具有的特性，所以它完全支持類型檢查和作用域。使用模板的目的就是能夠讓程序員編寫與類型無關的代碼，盡可能地減少重復代碼。

眾所周知，C++是一門強類型的靜態語言。在聲明變量、函數和大多數其他類型的實體的時候，C++要求我們使用指定的類型。 然而，對于許多代碼，除了類型不同之外，其余的代碼看起來都是相同的。例如我們需要實現一個交換兩個變量的函數，為了通用性， 這個交換變量的函數不能固定兩個變量的類型，這就使得模版橫空出世。。。

在C++標準庫中，幾乎所有的代碼都是模板代碼，可以說沒有C++模板就沒有STL。

模板函數

首先我們看下函數模板的格式：

template <typename 形參名，typename 形參名，......> 
返回類型 函數名(參數列表)
{
    函數體
}

或者使用class關鍵字也可：

template <class 形參名，class 形參名，......>  
返回類型 函數名(參數列表)
{
    函數體
}

為什么會有兩種不同的格式呢？這是因為鑒于歷史的原因，你可能還會使用class取代typename，來定義類型參數。 在C++語言的演化過程中，關鍵字typename的出現相對較晚一些；在它之前，關鍵字class是引入類型參數的唯一方式，并一直作為有效方式保留下來。 但是更加標準的格式是使用typename關鍵字。

例如我們使用模板定義了返回較大值的模板函數：

template <typename T>
const T& max_fun(const T& a,const T& b){
    return a >= b? a:b;
}

下面我們調用一下我們定義的模板函數max_fun:

int main(int argc, char* argv[]) {
    // 都是int類型 ok
    int max = max_fun(10,10);
    // 都是double類型 ok
    int max = max_fun(10,10);
    // 一個int類型，一個double類型 編譯不通過
    int max = max_fun(10,11.0);
    std::cout << "max:" << max << std::endl;
    return 0;
}

在上面的例子中我們發現函數max_fun(10,11.0)報錯了，無法編譯通過，這是為什么呢？因為我們定義的模板函數max_fun只有一個參數類型， 但是max_fun(10,11.0)卻傳了兩個不同的參數類型，二載函數模板中是不允許進行自動類型轉換的，因此報錯，有兩種方式可以解決這個報錯：

• 一是對實參進行強制類型轉換，使它們可以互相匹配：

max_fun(10,static_cast<int>(11.0));

• 二是顯式指定（或者限定）T的類型：

max_fun<int>(10,11.0);

重點：在函數模板實參演繹的過程中，是不允許進行自動類型轉換的。

重載函數模板

模板函數在使用時編譯器回自動實現實例化，只要使用函數模板，（編譯器）會自動地引發這樣一個實例化過程，因此程序員并不需要額外地請求模板的實例化。

和普通函數一樣，函數模板也可以被重載。就是說，相同的函數名稱可以根據不同的函數參數具有不同的函數定義； 于是，當使用函數名稱進行函數調用的時候，C++編譯器必須決定究竟要調用哪個候選函數。

一個非模板函數可以和一個同名的函數模板同時存在，而且該函數模板還可以被實例化為這個非模板函數。 對于非模板函數和同名的函數模板，如果其他條件都是相同的話，那么在調用的時候，重載解析過程通常會調用非模板函數，而不會從該模板產生出一個實例。

下面我們通過一個小例子來了解下重載函數模板：

#include <iostream>
#include <memory>

template <typename T>
const T& max_fun(const T& a,const T& b){
std::cout << "模板類型max_fun:"<< std::endl;
return a >= b? a:b;
}

const int& max_fun(const int& a,const int& b){
std::cout << "int 類型max_fun:"<< std::endl;
return a >= b? a:b;
}

int main(int argc, char* argv[]) {
// 都是double類型 匹配到模板函數max_fun
//    int max = max_fun(10.0,11.0);
// 都是int類型 匹配到 普通函數max_fun
//    int max = max_fun(10,10);
// 一個char類型，一個double類型 匹配到普通函數max_fun
int max = max_fun('a',11.0);
std::cout << "max:" << max << std::endl;
return 0;
}

在上面的例子main函數中我們多次調用了函數max_fun，那么怎么區分是調用了模板函數max_fun還是調用了重載的普通函數max_fun呢？

有一條規則是這樣的：

一個非模板函數可以和一個同名的函數模板同時存在，而且該函數模板還可以被實例化為這個非模板函數。對于非模板函數和同名的函數模板，如果其他條件都是相同的話，那么在調用的時候，重載解析過程通常會調用非模板函數，而不會從該模板產生出一個實例。

因此在上面的例子中我們可以很容易地看出第17行調用的是模板函數max_fun，因為沒有參數是double類型的max_fun被重載。 但在第19行因為有一個參數是int類型的重載函數max_fun，因此這一行調用的是普通重載函數max_fun。

那么在第21行也是調用了int類型的重載函數max_fun，這是為什么呢？

這是因為模板是不允許自動類型轉化的，但普通函數可以進行自動類型轉換，所以第21行調用的是int類型的重載函數max_fun（‘a’和11.0都被轉化為int）。

函數重載應該牢記一條首要規則：函數的所有重載版本的聲明都應該位于該函數被調用的位置之前。