C++模板和STL简介

1. 泛型编程

C语言中我们要实现交换两个数，需要写swapInt,swapDouble等等函数，之后C++引入了函数重载，他可以实现一个通用的swap，如下：

void Swap(int& left, int& right)
{
int temp = left;
left = right;
right = temp;
}
void Swap(double& left, double& right)
{
double temp = left;
left = right;
right = temp;
}
void Swap(char& left, char& right)
{
char temp = left;
left = right;
right = temp;
}

使用函数重载虽然可以实现，但是有一下几个不好的地方：

1. 重载的函数仅仅是类型不同，代码复用率比较低，只要有新类型出现时，就需要用户自己增加对应的函数

2. 代码的可维护性比较低，一个出错可能所有的重载均出错

那我们能不能写个代码，不针对某个特定的类型，只有真正调用执行时才进行类型的替换?这就是泛型编程，可以理解为针对广泛的类型

2.函数模板

2.1语法和使用

语法格式比较简单：template<typename T1, typename T2,......,typename Tn>

如下是我们使用函数模板实现的swap代码

template<typename T>
void swap(T &a,T&b)
{
    T tmp=a;
    a=b;
    b=tmp;
}

T就是我们需要实例化的类型，template和typename都是关键字，typename可以用class代替。

函数模板是一个蓝图，它本身并不是函数，是编译器用使用方式产生特定具体类型函数的模具。所以其实模板就是将本来应该我们做的重复的事情交给了编译器

2.2原理

在编译器编译阶段，对于模板函数的使用，编译器需要根据传入的实参类型来推演生成对应类型的函数以供调用。比如：当用double类型使用函数模板时，编译器通过对实参类型的推演，将T确定为double类型，然后产生一份专门处理double类型的代码，对于字符类型也是如此。

2.3实例化方式

（1）隐式实例化，即为由编译器自动推导。

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
    return left + right;
}
int main()
{
    int a1 = 10, a2 = 20;
    double d1 = 10.0, d2 = 20.0;
    Add(a1, a2);
    Add(d1, d2)
    return 0;
}

以上代码均为隐式实例化，但是当Add传入两种不同类型时，编译器推导出应该将T实例化成什么类型，就会报错，因此可以Add(a1,(int)d1)这样调用，或者采取显示实例化.

显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型
显示实例化中会将传入参数自动类型转换成你指定的类型，如果无法转换成功也会报错。

int main(void)
{
    int a = 10;
    double b = 20.0;
    // 显式实例化
    Add<int>(a, b);
    return 0;
}

2.4模板参数匹配原则

1. 一个非模板函数可以和一个同名的函数模板同时存在，而且该函数模板还可以被实例化为这个非

模板函数

// 专门处理int的加法函数
int Add(int left, int right)
{
    return left + right;
}
// 通用加法函数
template<class T>
T Add(T left, T right)
{
    return left + right;
}
void Test()
{
    Add(1, 2); // 与非模板函数匹配，编译器不需要特化
    Add<int>(1, 2); // 调用编译器特化的Add版本
}

2. 对于非模板函数和同名函数模板，如果其他条件都相同，在调动时会优先调用非模板函数而不会从该模板产生出一个实例。如果模板可以产生一个具有更好匹配的函数， 那么将选择模板

// 专门处理int的加法函数
int Add(int left, int right)
{
    return left + right;
}
// 通用加法函数
template<class T1, class T2>
T1 Add(T1 left, T2 right)
{
    return left + right;
}
void Test()
{
    Add(1, 2); // 与非函数模板类型完全匹配，不需要函数模板实例化
    Add(1, 2.0); // 模板函数可以生成更加匹配的版本，编译器根据实参生成更加匹配的Add函数 
}

3. 模板函数不允许自动类型转换，但普通函数可以进行自动类型转换

3.类模板

3.1类模板的定义和使用

语法格式：

template<class T1, class T2, ..., class Tn>

class 类模板名

{

    // 类内成员定义

};

使用示例：Vector

// 动态顺序表
// 注意：Vector不是具体的类，是编译器根据被实例化的类型生成具体类的模具
template<class T>
class Vector
{
public :
    Vector(size_t capacity = 10)
    : _pData(new T[capacity])
    , _size(0)
    , _capacity(capacity)
    {

    }
// 使用析构函数演示：在类中声明，在类外定义。
~Vector();
void PushBack(const T& data)；
void PopBack()；
// ...
size_t Size() {return _size;}
T& operator[](size_t pos)
{
    assert(pos < _size);
    return _pData[pos];
}
private:
    T* _pData;
    size_t _size;
    size_t _capacity;
};

注意：类模板中函数放在类外进行定义时，需要加模板参数列表

template <class T>
Vector<T>::~Vector()
{
    if(_pData)
        delete[] _pData;
    _size = _capacity = 0;
}

3.2 类模板的实例化

类模板实例化与函数模板实例化不同，类模板实例化需要在类模板名字后跟<>，也就是必须显示实例化然后将实例化的类型放在<>中即可，类模板名字不是真正的类，而实例化的结果才是真正的类。类模板中的所有成员函数均是模板函数 ，需要实例化，当类实例化时它也进行模板函数的实例化。

// Vector类名，Vector<int>才是类型
Vector<int> s1;
Vector<double> s2;

4.STL

4.1.STL简介

STL(standard template libaray-标准模板库)：是C++标准库的重要组成部分，不仅是一个可复用的组件库，而且是一个包罗数据结构与算法的软件框架。他有多个版本，后面博客提到的sttring,vector,list及其源码均是参考SGI版本。

4.2.STL的六大组件

4.3 STL的缺陷

1. STL库的更新太慢了。这个得严重吐槽，上一版靠谱是C++98，中间的C++03基本一些修订。C++11出来已经相隔了13年，STL才进一步更新。

2. STL现在都没有支持线程安全。并发环境下需要我们自己加锁。且锁的粒度是比较大的。

3. STL极度的追求效率，导致内部比较复杂。比如类型萃取，迭代器萃取。

4. STL的使用会有代码膨胀的问题，比如使用vector/vector/vector这样会生成多份代码，当然这是模板语法本身导致的。

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