C++学习笔记十六-模板和泛型编程(一)

模板和泛型编程

一 、模板定义

1.定义函数模板：
a. 模板定义以关键字 template 开始，后接模板形参表，模板形参表是用尖括号括住的一个或多个模板形参的列表，形参之间以逗号分隔。 模板形参表不能为空。
b.模板形参可以是表示类型的类型形参，也可以是表示常量表达式的非类型形参。非类型形参跟在类型说明符之后声明,类型形参跟在关键字 class 或 typename 之后定义，例如，class T 是名为 T 的类型形参，在这里 class 和 typename 没有区别。

2.inline函数模板:inline说明符放在模版形参表之后，返回类型之前，不能放在关键字template之前。
template <typename T> inline T min(const T&，const T&);

3.类模板:类模板也是模板，因此必须以关键字 template 开头，后接模板形参表。
使用类模板时，必须为模板形参显式指定实参.编译器使用实参来实例化这个类的特定类型版本。

4.模板形参:
a.像函数形参一样，程序员为模板形参选择的名字没有本质含义。
b.可以给模板形参赋予的唯一含义是区别形参是类型形参还是非类型形参。如果是类型形参，我们就知道该形参表示未知类型，如果是非类型形参，我们就知道它是一个未知值。

5.模板形参作用域:

a.模板形参的名字可以在声明为模板形参之后直到模板声明或定义的末尾处使用。
b.模板形参遵循常规名字屏蔽规则。与全局作用域中声明的对象、函数或类型同名的模板形参会屏蔽全局名字.
c.使用模板形参名字的限制: 用作模板形参的名字不能在模板内部重用(不能再次作为类型来使用)。
template <class T> T calc(const T &a, const T &b)
{
typedef double T; // error: redeclares template parameter T
T tmp = a;
// ...
return tmp;
}
d.这一限制还意味着模板形参的名字只能在同一模板形参表中使用一次：
// error: illegal reuse of template parameter name V
template <class V, class V> V calc(const V&, const V&) ;
e.当然，正如可以重用函数形参名字一样，模板形参的名字也能在不同模板中重用.
f.同一模板的声明和定义中，模板形参的名字不必相同。
// all three uses of calc refer to the same function template
// forward declarations of the template
template <class T> T calc(const T&, const T&) ;
template <class U> U calc(const U&, const U&) ;
// actual definition of the template
template <class Type>
Type calc(const Type& a, const Type& b) { /* ... */ }
g.每个模板类型形参前面必须带上关键字 class 或 typename，每个非类型形参前面必须带上类型名字，省略关键字或类型说明符是错误的

6.typename 与 class 的区别:
在函数模板形参表中，关键字 typename 和 class 具有相同含义，可以互换使用，两个关键字都可以在同一模板形参表中使用

7.在成员名前加上关键字typename作为前缀，可以告诉编译器将成员当作类型。
template <class Parm, class U>
Parm fcn(Parm* array, U value)
{
typename Parm::size_type * p; // ok: declares p to be a pointer
}

8.非类型模板形参:
a.在调用函数时非类型形参将用值代替，值的类型在模板形参表中指定。
b.模板非类型形参是模板定义内部的常量值，在需要常量表达式的时候，可使用非类型形参（例如，像这里所做的一样）指定数组的长度.

9.编写泛型程序:
a.在函数模板内部完成的操作限制了可用于实例化该函数的类型。
b.编写模板代码时，对实参类型的要求尽可能少是很有益的。
c.编写泛型代码的两个重要原则：
  模板的形参是 const 引用。   函数体中的测试只用 < 比较。

二 、实例化
1.类的实例化:
a.类模板的每次实例化都会产生一个独立的类类型。为 int 类型实例化的 Queue 与任意其他 Queue 类型没有关系，对其他 Queue 类型成员也没有特殊的访问权。
b.想要使用类模板，就必须显式指定模板实参。
Queue<int> qi; // ok: defines Queue that holds ints
用模板类定义的类型总是包含模板实参。例如，Queue 不是类型，而 Queue<int> 或 Queue<string> 是类型。

2.函数模板实例化:
使用函数模板时，编译器通常会为我们推断模板实参：
int main()
{
compare(1, 0); // ok: binds template parameter to int
compare(3.14, 2.7); // ok: binds template parameter to double
return 0;
}
3.类型形参的实参的受限转换:一般而论，不会转换实参以匹配已有的实例化，相反，会产生新的实例。除了产生新的实例化之外，编译器只会执行两种转换：
a.const 转换：接受 const 引用或 const 指针的函数可以分别用非 const 对象的引用或指针来调用，无须产生新的实例化。如果函数接受非引用类型，形参类型实参都忽略 const，即，无论传递 const 或非 const 对象给接受非引用类型的函数，都使用相同的实例化。
b.数组或函数到指针的转换：如果模板形参不是引用类型，则对数组或函数类型的实参应用常规指针转换。数组实参将当作指向其第一个元素的指针，函数实参当作指向函数类型的指针。

4.类型转换的限制只适用于类型为模板形参的那些实参。
用普通类型定义的形参可以使用常规转换,下面的函数模板 sum 有两个形参：
template <class Type> Type sum(const Type &op1, int op2)
{
return op1 + op2;

}

5.模板实参推断与函数指针:可以使用函数模板对函数指针进行初始化或赋值,这样做的时候，编译器使用指针的类型实例化具有适当模板实参的模板版本。获取函数模板实例化的地址的时候，上下文必须是这样的：它允许为每个模板形参确定唯一的类型或值。

// overloaded versions of func; each take a different function pointer type
void func(int(*) (const string&, const string&));
void func(int(*) (const int&, const int&));
func(compare); // error: which instantiation of compare?

6.在返回类型中使用类型形参:

a.指定返回类型的一种方式是引入第三个模板形参，它必须由调用者显式指定,也就是说返回类型不能推断,必须显示指定：
// T1 cannot be deduced: it doesn't appear in the function parameter list
template <class T1, class T2, class T3>
T1 sum(T2, T3);
b.显式模板实参从左至右对应模板形参相匹配，第一个模板实参与第一个模板形参匹配，第二个实参与第二个形参匹配，以此类推。假如可以从函数形参推断，则结尾（最右边）形参的显式模板实参可以省略。

7.显式实参与函数模板的指针:通过使用显式模板实参能够消除二义性：
template <typename T> int compare(const T&, const T&);
// overloaded versions of func; each take a different function pointer type
void func(int(*) (const string&, const string&));
void func(int(*) (const int&, const int&));
func(compare<int>); // ok: explicitly specify which version of compare