====== C++ 提高编程：模板 ======

本阶段主要针对C++ **泛型编程** 和 **STL** 技术做详细讲解，探讨C++更深层的使用。

===== 1. 模板的概念 =====

模板就是建立**通用**的模具，大大提高复用性。

**特点：**
  * 模板不可以直接使用，它只是一个框架。
  * 模板的通用并不是万能的。

===== 2. 函数模板 =====

  * C++另一种编程思想称为 **泛型编程**，主要利用的技术就是模板。
  * C++提供两种模板机制：**函数模板** 和 **类模板**。

==== 2.1 函数模板语法 ====

**作用：**
建立一个通用函数，其函数返回值类型和形参类型可以不具体制定，用一个**虚拟的类型**来代表。

**语法：**
<code cpp>
template<typename T>
函数声明或定义
</code>

**解释：**
  * **template** --- 声明创建模板
  * **typename** --- 表面其后面的符号是一种数据类型，可以用class代替
  * **T** --- 通用的数据类型，名称可以替换，通常为大写字母

**示例：**
<code cpp>
// 交换整型函数
void swapInt(int& a, int& b) {
	int temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

// 交换浮点型函数
void swapDouble(double& a, double& b) {
	double temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

// 利用模板提供通用的交换函数
template<typename T>
void mySwap(T& a, T& b)
{
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

void test01()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	
	// 利用模板实现交换
	// 1、自动类型推导
	mySwap(a, b);

	// 2、显示指定类型
	mySwap<int>(a, b);
}
</code>

**总结：**
  * 函数模板利用关键字 template
  * 使用函数模板有两种方式：自动类型推导、显示指定类型
  * 模板的目的是为了提高复用性，将类型参数化

==== 2.2 函数模板注意事项 ====

**注意事项：**
  * 自动类型推导，必须推导出一致的数据类型T，才可以使用。
  * 模板必须要确定出T的数据类型，才可以使用。

**示例：**
<code cpp>
template<class T>
void mySwap(T& a, T& b) {
    T temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

void test01() {
    int a = 10;
    int b = 20;
    char c = 'c';

    mySwap(a, b); // 正确，可以推导出一致的T
    // mySwap(a, c); // 错误，推导不出一致的T类型
}

template<class T>
void func() {
    cout << "func 调用" << endl;
}

void test02() {
    // func(); // 错误，模板不能独立使用，必须确定出T的类型
    func<int>(); // 利用显示指定类型的方式，给T一个类型，才可以使用该模板
}
</code>

==== 2.3 函数模板案例 ====

**案例描述：**
  * 利用函数模板封装一个排序的函数，可以对**不同数据类型数组**进行排序。
  * 排序规则从大到小，排序算法为**选择排序**。
  * 分别利用**char数组**和**int数组**进行测试。

<code cpp>
template<class T>
void mySwap(T& a, T& b) {
    T temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

template<class T>
void mySort(T arr[], int len) {
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        int max = i; // 最大数的下标
        for (int j = i + 1; j < len; j++) {
            if (arr[max] < arr[j]) {
                max = j;
            }
        }
        if (max != i) {
            mySwap(arr[max], arr[i]);
        }
    }
}
</code>

==== 2.4 普通函数与函数模板的区别 ====

  * 普通函数调用时可以发生自动类型转换（隐式类型转换）。
  * 函数模板调用时，如果利用自动类型推导，不会发生隐式类型转换。
  * 如果利用显示指定类型的方式，可以发生隐式类型转换。

**总结：** 建议使用显示指定类型的方式调用函数模板，因为可以自己确定通用类型T。

==== 2.5 普通函数与函数模板的调用规则 ====

  - 1. 如果函数模板和普通函数都可以实现，优先调用普通函数。
  - 2. 可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板。
       <code cpp>myPrint<>(a, b);</code>
  - 3. 函数模板也可以发生重载。
  - 4. 如果函数模板可以产生更好的匹配，优先调用函数模板。

**总结：** 既然提供了函数模板，最好就不要提供普通函数，否则容易出现二义性。

==== 2.6 模板的局限性 (模板特化) ====

**局限性：** 模板的通用性并不是万能的。
例如：如果传入的 `a` 和 `b` 是数组，无法赋值；如果 `T` 是自定义数据类型（如 Person），无法比较大小。

**解决方案：**
C++为了解决这种问题，提供模板的重载，可以为这些**特定的类型**提供**具体化的模板**。

**示例：**
<code cpp>
class Person {
public:
    Person(string name, int age) {
        this->m_Name = name;
        this->m_Age = age;
    }
    string m_Name;
    int m_Age;
};

// 普通函数模板
template<class T>
bool myCompare(T& a, T& b) {
    if (a == b) { return true; }
    else { return false; }
}

// 具体化，显示具体化的原型和定义以template<>开头，并通过名称来指出类型
// 具体化优先于常规模板
template<> bool myCompare(Person &p1, Person &p2) {
    if (p1.m_Name == p2.m_Name && p1.m_Age == p2.m_Age) {
        return true;
    } else {
        return false;
    }
}
</code>

===== 3. 类模板 =====

==== 3.1 类模板语法 ====

**类模板作用：**
建立一个通用类，类中的成员数据类型可以不具体制定，用一个**虚拟的类型**来代表。

**语法：**
<code cpp>
template<typename T>
类
</code>

**示例：**
<code cpp>
template<class NameType, class AgeType>
class Person {
public:
    Person(NameType name, AgeType age) {
        this->m_Name = name;
        this->m_Age = age;
    }
    NameType m_Name;
    AgeType m_Age;
};

void test01() {
    Person<string, int> p1("孙悟空", 999);
}
</code>

==== 3.2 类模板与函数模板区别 ====

类模板与函数模板区别主要有两点：
  1. 类模板没有自动类型推导的使用方式 (只能用显示指定类型)。
  2. 类模板在模板参数列表中可以有默认参数。

<code cpp>
// 类模板在模板参数列表中可以有默认参数
template<class NameType, class AgeType = int> 
class Person { ... };

void test02() {
    // 类模板中的模板参数列表 可以指定默认参数
    Person<string> p("猪八戒", 999); 
}
</code>

==== 3.3 类模板中成员函数创建时机 ====

类模板中成员函数和普通类中成员函数创建时机是有区别的：
  * 普通类中的成员函数一开始就可以创建。
  * 类模板中的成员函数在**调用时才创建**。

==== 3.4 类模板对象做函数参数 ====

类模板实例化出的对象，向函数传参的方式，一共有三种：
  - **指定传入的类型** --- 直接显示对象的数据类型 (**最常用**)
  - **参数模板化** --- 将对象中的参数变为模板进行传递
  - **整个类模板化** --- 将这个对象类型 模板化进行传递

==== 3.5 类模板与继承 ====

当类模板碰到继承时，需要注意一下几点：
  * 当子类继承的父类是一个类模板时，子类在声明的时候，要指定出父类中T的类型。
  * 如果不指定，编译器无法给子类分配内存。
  * 如果想灵活指定出父类中T的类型，子类也需变为类模板。

**示例：**
<code cpp>
template<class T>
class Base {
    T m;
};

// class Son:public Base // 错误，必须知道父类中T的类型
class Son : public Base<int> // 必须指定一个类型
{ };

// 类模板继承类模板
template<class T1, class T2>
class Son2 : public Base<T2>
{
    T1 obj;
};
</code>

==== 3.6 类模板成员函数类外实现 ====

**学习目标：** 能够掌握类模板中的成员函数类外实现。
**总结：** 类模板中成员函数类外实现时，需要加上模板参数列表。

<code cpp>
// 构造函数 类外实现
template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age) {
    this->m_Name = name;
    this->m_Age = age;
}

// 成员函数 类外实现
template<class T1, class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson() {
    // ...
}
</code>

==== 3.7 类模板分文件编写 ====

**问题：** 类模板中成员函数创建时机是在调用阶段，导致分文件编写时链接不到。

**解决：**
  * **解决方式1：** 直接包含 .cpp 源文件。
  * **解决方式2：** 将声明和实现写到同一个文件中，并更改后缀名为 **.hpp**，hpp是约定的名称，并不是强制。 (**主流解决方式**)

==== 3.8 类模板与友元 ====

  * 全局函数类内实现 - 直接在类内声明友元即可。
  * 全局函数类外实现 - 需要提前让编译器知道全局函数的存在。