C++模板入門教程（一）——模板概念與基本語法

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　　做者： 趙宗晟
　　出處： http://www.cnblogs.com/zhao-zongsheng/p/8493398.html

前言

有些人提到C++模板就會下意識地以爲可怕、看不懂、避而遠之。其實模板並不複雜，並且熟練後能夠用在平常工做中，能夠幫助咱們重用代碼，讓代碼更簡潔、易讀、可維護。但願這個系列的文章，可以讓更多人發現模板的魅力，幫助你們寫出更高質量的代碼。

咱們爲何須要模板

咱們有時候會遇到這樣的狀況：一樣的函數，咱們要爲不一樣的類型寫不一樣的版本，內容與邏輯都是一摸同樣的，只有他們的類型不同。好比咱們寫一個max函數，傳入兩個數字，返回大的數字。很天然地，兩個參數的類型和返回的類型必須是相同的。若是不使用模板，咱們須要使用函數重載，爲不一樣的類型寫不一樣的函數：

int max(int a, int b)
{
     return a < b ? b : a;
}

float max(float a, float b)
{
     return a < b ? b : a;
}

這裏我只寫了2個函數，實際上short, long, unsigned, double等等類型都須要專門的max函數，結果就是須要寫十幾個幾乎一摸同樣的代碼。若是函數功能更復雜一些，函數實現須要更多行，就會出現大量冗餘重複的代碼，並且不容易維護，很容易出錯。這個時候若是咱們可以根據特定的模板批量生成一系列代碼，將會方便不少。爲此，咱們可使用C++中的模板

什麼是模板

顧名思義，模板就是編譯器生成代碼用的模子。模板有兩類，函數模板和類模板（C++14開始出現了變量模板，不過不在此討論）。若是想要生成函數代碼，則須要用函數模板，若是想要生成類定義，則須要用到類模板。這篇文章會先介紹函數模板，下篇文章再介紹類模板。

函數模板

咱們能夠爲上面的一系列max函數寫一個函數模板。

template<typename T>
T max(T a, T b)
{
     return a < b ? b : a;
}

咱們暫時不細說語法，先看一看大體的樣子，其實函數模板的長相和普通的函數是很像的。

好了，咱們已經定義了一個函數模板，那麼怎麼去生成函數代碼？事實上咱們不須要作額外的事情，若是咱們使用了max函數，編譯器就會自動幫咱們生成對應類型的代碼。函數模板的使用方式很簡單，只須要在模板的名字後面寫一對尖括號，尖括號內寫上實參列表就可使用了。

double d = max<double>(1.2, 2.4);

編譯器看到這一行，就會自動幫咱們生成double版本的max函數，生成出來的函數等價於把函數模板中的全部T都替換成double。在這裏max<double>能夠看作是double版本的max函數的函數名，咱們甚至還能夠用&max<double>來獲取這個函數的地址。

咱們來看一個更復雜的例子

template<typename T, int i>
T create()
{
    T value();
    return value + i;
}

int main()
{
    float f1 = create<float, 1>();    // f1 == 1.0
    float f2 = create<float, 2>();    // f2 == 2.0
}

這個例子裏面咱們定義了一個create函數模板，根據模板建立並使用了兩個函數create<float, 1>和create<float, 2>。要注意的是，這兩個函數是不一樣的函數，有不一樣的函數體，和不一樣的函數地址。他們兩個分別等價於

float create()    // create<float, 1>
{
    float value();
    return value + 1;
}

float create()    // create<float, 2>
{
    float value();
    return value + 2;
}

咱們總結一下函數模板的語法，模板定義由template關鍵字開始，後面跟着一對尖括號，尖括號裏面是模板形參列表，也就是模板的參數。模板形參列表的寫法和函數形參列表的寫法是很類似的。都是「類型 參數名, 類型 參數名, ...」這種形式。上面的例子中，模板形參列表就是「typename T, int i」。咱們注意到，模板形參列表須要爲每一個形參指定一個類型，這個是由於形參不必定是C++類型，還能夠是具體的值，例如數字，指針等等。若是形參是一個類型，則須要使用typename關鍵字來表示形參的類型，若是形參是一個值，則須要寫上這個值的類型。在使用模板的時候，要在模板的名字後面加一對尖括號，尖括號裏面是模板實參列表，在上面的例子中，實參列表就是「float, 1」和「float, 2」。與函數調用相似，使用模板的時候編譯器會檢查實參列表的類型與形參列表的類型是否匹配，不匹配的話會報錯。

使用函數模板的優勢

咱們能夠從上面的例子中看出，用函數模板更方便簡潔，不須要重複寫相似的重載函數。除此外，由於函數代碼是在使用的時候生成出來的，因此若是咱們沒有使用這個函數，編譯器就不會生成這個代碼，這樣咱們能夠減少程序的大小。例如，咱們使用了max<double>，可是沒有使用max<int>，那麼程序中只有max<double>函數，不會有max<int>函數。