第四篇　泛型编程

第12章　模板

现在的C++编译器实现了一项新的特性：模板（Template）。简单地说，模板是一种通用的描述机制，当使用模板时允许使用通用类型来定义函数或类等。通用类型可被具体的类型，如int,double甚至是用户自定义的类型来代替。模板引入了一种全新的编程思维方式，称为“泛型编程”或“通用编程”。

本章主要涉及以下知识点。

❑模板的用处：介绍了为什么要定义模板及其使用它的好处。

❑函数模板：介绍函数模板的定义及其使用。

❑类模板：介绍类模板的定义及其使用。

❑模板的嵌套：介绍如何在模板中再嵌套模板。

❑模板的参数：介绍模板中使用参数的注意事项。

12.1　为什么要定义模板

形象地说，把函数比喻为一个游戏过程，函数的流程就相当于游戏规则，在以往的函数定义中，总是指明参数是int型还是double型等，这就像是为张三（好比int型）和李四（好比double型）的比赛制定规则。可如果王五（char*型）和赵六（bool型）要比赛，还得提供一套函数的定义，这相当于又要制定一次规则，显然这是很麻烦的。模板的引入解决了这个问题，不管是谁和谁比赛，都把他们定义成A与B比赛，制定好了A与B比赛的规则（定义了关于A和B的函数）后，比赛时只要把A替换成张三，把B替换成李四就可以了，大大简化了程序代码量，保持了结构的清晰，提高了程序设计的效率。该过程称为“类型参数化”。

12.1.1　类型参数化

在讲解类型参数化之前，先来看一个示例代码12.1，如下所示。

代码12.1　函数重载FuncOverload

输出结果如下所示。

【代码解析】代码12.1分别重载了3个add函数，这时，编译器将根据传递的参数决定应调用的函数，如下所示。

如果需要处理其他类型，程序中必须提供相应的函数重载，这看起来会很麻烦，有没有其他更高效的方法呢？也许有的读者会认为可以通过宏定义#define add（a,b）（（a）+（b））来实现，但是指针（C风格字符串）不能直接相加，而且调用宏时，编译器并不对其中的参数进行类型检查，这给程序带来了很大的安全隐患。

C++引入了模板来解决这个问题，如代码12.2所示。

代码12.2　函数模板FuncTemplate

输出结果如下所示。

【代码解析】代码12.2仅仅采用如下形式定义了一个函数。

与之前一直讨论的函数定义相比，最大的不同在于代码第6行使用的add函数并没有指定参数的类型，而是用T来代替，现在，C++编译器可以根据我们调用sum函数的参数类型“现场”生成一个适当的函数，然后对其进行调用，这便是类型参数化。

对代码12.2定义的add函数而言，两个参数的类型必须一致，否则，编译器会报错，如下所示。

上述函数定义允许两个参数的类型不同，而且，返回类型与第一个参数一致。

下面学习模板的定义和使用。