C++之模板与泛型编程（上）：函数模板

面向对象编程（OOP）和泛型编程都能处理在编写程序时不知道类型的情况。不同之处在于：OOP能处理类型在程序运行之前都未知的情况，而在泛型编程中，在编译时就能获知类型了。模板是C++中泛型编程的基础，一个模板就是一个创建类或者函数的蓝图或者说公式。

1. 定义模板
比如说要写一个比较两数字大小的函数，由于数字类型可能不同，int 或者float等等，这是除了我们使用重载之外，使用模板会带来更大的便利。看下面：

// code 1template <typename T>int compare(const T& v1,const T& v2){    if(v1 < v2) return -1;    if(v1 > v2) return 1;    return 0;}

当我们调用一个模板参数时，编译器（通常）用函数实参来为我们推断模板实参。即：当我们调用compare时，编译器使用实参的类型来确定绑定到模板参数T的类型。例如：

// code 2cout<<compare(1,19)<<endl; //T 为int

接下来，就要说说模板类型参数了。
看下面两段小程序：

// code 3template <typename T> T foo (T* p){    T tmp = *p;//tmp的类型将是指针p指向的类型    //......    return tmp;}

这里提一下，typename和class没什么不同。不过typename更加直观一些~~
再看下面一段代码：

// code 4template <unsigned N,unsigned M>int compare(const char(&p1)[N],const char (&p2)[M]){    return strcmp(p1,p2);}

上面的代码通过一个特定的类型名而非关键字class或typename来指定非类型参数。也就是在模板中定义非类型参数（nontype parameter），一个非类型参数表示一个值而非一个类型。当一个模板被实例化时，非类型参数被一个用户提供的或者编译器推断出来的值所代替。这些值必须是常量表达式，从而允许表一起在编译时实例化模板。
提示：
C++允许将变量定义成数组的引用，给予同样的道理，形参也可以是数组的引用。此时，引用形参绑定到对应的实参上，也就是绑定到数组上：

// code 5void print(int (&arr)[10]){    for(auto elem:arr){        cout << elem << endl;    }}

&arr两端的括号必不可少：

// code 6f(int &arr[10]) //错误：将arr声明成了引用的数组f(int (&arr)[10]) //正确：arr是具有10个整数的整型数组的引用

所以，使用非类型模板，可以让这个函数传递任意大小的数组。

2. 编写类型无关的代码

上面的code 1，其实对我们的类型要求还是很高的，也就是说这些类型必须支持<，同时也需要支持>。实际上，如果我们真的关心类型无关和可移植性，可能需要使用less来重新定义我们的函数：

//code 7template <typename T>int compare(const T& v1,const T& v2){    if(less<T>(v1 , v2)) return -1;    if(less<T>(v2 , v1) return 1;    return 0;}

所以可以看出，模板程序应尽量减少对实参类型的要求。
再进一步，很多C++程序员更喜欢使用 != 而不喜欢<,原因也大概如此吧~~

3.模板编译
当编译器遇到一个模板定义时，他并不生成代码。只有当我们实力化出模板的一个特定版本时，编译器才会生成代码。当我们使用（而不是定义）模板时，编译器才会生成代码。这一特性影响了我们如何组织代码以及错误何时被检测到。

通常，当我们调用一个函数时，编译器只需要掌握函数的声明，类似的，当我们使用一个类类型的对象时，类定义必须是可用的，但成员函数的定义不必已经出现。因此，我们将类定义和函数声明放在头文件中，而普通函数和类的成员函数的定义放在源文件中。

模板则不同：为了生成一个实例化版本，编译器需要掌握函数模板或类模板成员函数的定义。因此，与非类型模板不同，模板的头文件通常既包括声明也包括定义。

通常，编译器会在三个阶段报告错误：

1. 第一阶段实在编译模板本身时。在这个阶段，编译器通常不会发现很多错误。编译器可以检查语法错误。
2. 第二个阶段是编译器遇到模板使用时。在此阶段，编译器仍然没有很多可检查的。对于模板的使用，编译通常会检查是参数目是否正确，还能检查参数类型是否匹配。对于类模板，编译器可以检查用户是否提供了正确数目的模板实参。

3. 第三个阶段是模板实例化时，只有这个阶段才能发现类型相关的错误。依赖于编译器如何管理实例化，这类错误可能在链接阶段时才报告。

   WARNING:
   保证传递给模板的实参支持模板所要求的操作，以及这些操作在模板中能正确工作，是调用者的责任。~~
   好了，函数模板就说这么多了，下一篇是 类模板~~