C++函数模板 模板实例化、具体化

函数模板是C++新增的一种性质，它允许只定义一次函数的实现，即可使用不同类型的参数来调用该函数。这样做可以减小代码的书写的复杂度，同时也便于修改（注：使用模板函数并不会减少最终可执行程序的大小，因为在调用模板函数时，编译器都根据调用时的参数类型进行了相应实例化）。下面来看看函数模板的使用过程：

#include <iostream>

#include <cstdlib>

struct job
{
    char name[20];
    int salary;
};

template <class T> //函数模板声明，通用变量类型为T
void swap(T &a, T &b);

void showJob(const job &a);//打印job内容

using namespace std;
void main(void)
{

    int a = 4;
    int b = 5;
    cout<<"Before swap a = "<<a<<" b="<<b<<endl;
    swap(a, b);
    cout<<"After swap a = "<<a<<" b="<<b<<endl;
    
    job jobA = {"coder", 10000};
    job jobB = {"manager", 1000};   
    cout<<"Before swap";
    showJob(jobA);
    showJob(jobB);
    cout<<endl;
    swap(jobA, jobB);
    cout<<"After swap";
    showJob(jobA);
    showJob(jobB);
    cout<<endl; 
    system("pause");
};

template<class T> //函数模板实现
void swap(T &a, T &b)
{
    T temp;
    temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

void showJob(const job &a)
{
cout<<" "<<a.name<<" = "<<a.salary;
}

如果在上述job结构互换过程中只想互换salary，而不换其他成员变量值那么怎么办呢？C++中可以通过以下几种方法来解决这一问题。

1>显式具体化
显式具体化也是基于函数模板的，只不过在函数模板的基础上，添加一个专门针对特定类型的、实现方式不同的具体化函数。
template<>void swap<job>(job &a, job &b)
{
     int salary;
     salary = a.salary;
     a.salary = b.salary;
     b.salary = salary;
}

如上所示，该具体化函数的实现与模板并不一致，编译器解析函数调用时会选择最匹配的函数定义。

2>定义同名常规函数
void swap(job &a, job &b)
{
     int salary;
     salary = a.salary;
     a.salary = b.salary;
     b.salary = salary;
}
由于编译器在重载解析时，会选择最匹配函数定义，所以在调用swap(jobA, jobB)时，编译器会选择void swap(job &a, job &b)函数定义，而屏蔽了模板函数。

同时，模板函数也可以重载，其操作与常规函数一致。
template <class T> void swap(T &a, T &b);

template <class T> void swap(T &a, T &b, T &c);

template <typename T> void swap(T &a, T &b)
{
    T temp;
    temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

template <typename T> void swap(T &a, T &b, T &c)
{
    T temp;
    temp = a;
    a = b;
    b = c;
    c = temp;
}

上面主要说的是函数模板的具体化，下面说下模板实例化。

函数模板：
#define MAXNAME 128
struct job
{
char name[MAXNAME]:
int salary;
};
template<class T>
void swap(T &a, T &b )
{
  T temp;
  temp = a;
  a = b;
  b = temp;
};
template void swap<int>(int &a, int & b);  //显式实例化，只需声明
template<> void swap<job>(job &a, job &b)   //显式具体化（上面已经讲过，注意与实例化区分开，必须有定义）
{
  int salary:
  salary = a.salary:
  a.salary = b.salary;
  b.salary = salary;
};//explicite specialization.
类模板：
template <class T>
class Arrary
{
private:
  T* ar;
  int l;
...
};//template class declaration.

template class Array<int>;   //explicit instantiation. 显式实例化

template<> class Array<job>
{
private:
  job* ar;
  int l;
};//expicit specialization.   显式具体化，类定义体可以不同于类模板Array

相应的，隐式实例化指的是：在使用模板之前，编译器不生成模板的声明和定义实例。只有当使用模板时，编译器才根据模板定义生成相应类型的实例。如：
int i=0, j=1;
swap(i, j);  //编译器根据参数i，j的类型隐式地生成swap<int>(int &a, int &b)的函数定义。
Array<int> arVal;//编译器根据类型参数隐式地生成Array<int>类声明和类函数定义。

显式实例化：
当显式实例化模板时，在使用模板之前，编译器根据显式实例化指定的类型生成模板实例。如前面显示实例化（explicit instantiation）模板函数和模板类。其格式为：
template typename function<typename>(argulist);
template class classname<typename>;
显式实例化只需声明，不需要重新定义。编译器根据模板实现实例声明和实例定义。

显示具体化：
对于某些特殊类型，可能不适合模板实现，需要重新定义实现，此时可以使用显示具体化（explicite specialization）。显示实例化需重新定义。格式为：
template<> typename function<typename>(argu_list){...};
template<> class classname<typename>{...};

综上：

template<> void swap<job>(job &a, job &b) {……};是函数模板的显式具体化，意思是job类型不适用于函数模板swap的定义，因此通过这个显式具体化重新定义；也可简写作template<> void swap(job &a, job &b);

template void swap<job>(job &a, job &b);是函数模板的一个显式实例化，只需声明，编译器遇到这种显式实例化，会根据原模板的定义及该声明直接生成一个实例函数，该函数仅接受job型。否则编译器遇到模板的使用时才会隐式的生成相应的实例函数。