C++ Primer 学习笔记_77_模板与泛型编程 --实例化
模板与泛型编程
--实例化
引言：
模板是一个蓝图，它本身不是类或函数。编译器使用模板产生指定的类或函数的特定版本。产生模板的特定类型实例的过程称为实例化。
模板在使用时将进行实例化，类模板在引用实际模板类型时实例化，函数模板在调用它或用它对函数指针进行初始化或赋值时实例化。
1、类的实例化
当编写Queue<int>qi时，编译器自动创建名为Queue<int>的类。实际上，编译器通过重新编写Queue模板，用类型int代替模板形参的每次出现而创建Queue<int>类。实例化的类就像已经编写的一样：
template <typename Type> class Queue<Type>
{
public:
Queue();
int &front();
const int &front() const;
void push(const int &);
void pop();
bool empty() const;
private:
//...
};
如果要为string类型的对象创建Queue类，可以编写：
Queue<string> qs;
在这个例子中，用string代替Type的每次出现。
【重点理解：】
类模板的每次实例化都会产生一个独立的类类型：为int类型实例化的Queue与任意其他Queue类型没有关系，对其他Queue类型的成员也没有特殊访问权限！
2、类模板实参是必需的
想要使用类模板，就必须显式指定模板实参：
Queue qs; //Error
类模板不定义类型，只有特定的实例才定义了类型。特定的实例是通过提供模板实参与每个模板形参匹配而定义的。模板实参在用逗号分隔并用尖括号括住的列表中指定：
Queue<int> qi;
Queue<string> qs;
用模板类定义的类型总是包含模板实参。例如，Queue不是类型，而Queue<int>，Queue<string>是类型。
3、函数模板实例化
使用函数模板时，编译器通常会为我们推断模板实参：
int main()
{
compare(1, 0); //将模板形参替换为int
compare(3.14, 2.7); //将模板形参替换为double
}
这个程序实例化了compare的两个版本:一个用int代替T,另一个用double代替T,实质上是编译器为我们编写了compare的这两个实例:
int compare(const int &v1, const int &v2)
{
if (v1 < v2)
return -1;
if (v2 < v1)
return 1;
return 0;
}
int compare(const double &v1, const double &v2)
{
if (v1 < v2)
return -1;
if (v2 < v1)
return 1;
return 0;
}
一、模板实参推断
要确定应该实例化哪个函数，编译器会查看每个实参。如果相应形参声明为类型形参的类型，则编译器从实参的类型推断形参的类型。从函数实参确定模板实参的类型和值的过程叫做模板实参推断。
1、多个类型形参的实参必须完全匹配
模板类型形参可以用作一个以上函数形参的类型。在这种情况下,模板类型推断必须为每个对应的函数实参产生相同的模板实参类型。
template <typename T>
int compare(const T &val1,const T &val2)
{
if (val1 < val2)
return -1;
else if (val2 < val2)
return 1;
return 0;
}
int main()
{
short si;
compare(si,1024); //Error：调用compare的实参类型不同，无法完成正确推断
}
如果compare的设计者想要允许实参的常规转换，则函数必须用两个类型形参来定义：
template <typename T,typename U>
int compare(const T &val1,const U &val2)
{
if (val1 < val2)
return -1;
else if (val2 < val2)
return 1;
return 0;
}
int main()
{
short si;
compare(si,1024); //OK
}
2、类型形参的实参的受限转换
一般而言，不会转换实参以匹配已有的实例化，相反，会产生新的实例。除了产生新的实例化之外，编译器只会执行两种转换：
1）const转换：接受const引用或const指针的函数可以分别用非const对象的引用或指针来调用,无须产生新的实例化。如果函数接受非引用类型,形参类型实参都忽略const,即,无论传递const或非 const对象给接受非引用类型的函数,都使用相同的实例化。
2）数组或函数到指针的转换:如果模板形参不是引用类型,则对数组或函数类型的实参应用常规指针转换。数组实参将当作指向其第一个元素的指针,函数实参当作指向函数类型的指针。
template <typename T>
T fobj(T,T);
template <typename T>
T fref(const T &,const T &);
string s1("a value");
const string s2("another value");
fobj(s1,s2); //OK:call fobj(string,string)，实参被复制
fref(s1,s2); //OK:cal fref(const string &,const string &)
int a[10],b[42];
fobj(a,b); //OK:call fobj(int *,int *)
fref(a,b); //Error：实参没有办法转换成为pointer[指针]
3、应用于非模板实参的常规转换
注意下面的一段程序：
template <typename Type>
Type sum(const Type &op1,int op2)
{
return op1 + op2;
}
因为op2的类型是固定的,在调用sum的时候,可以对传递给op2的实参应用常规转换:
double d = 3.14;
string s1("hiya"),s2("world");
cout << sum(1024,d) << endl;
cout << sum(1.4,d) << endl;
cout << sum(s1,s2) << endl; //Error：没有从string到int的转换
4、模板实参推断与函数指针
可以使用函数模板对函数指针进行初始化或赋值，此时，编译器使用指针的类型实例化具有适当模板实参的模板版本。
例如,假定有一个函数指针指向返回int值的函数,该函数接受两个形参,都是 constint 引用,可以用该指针指向compare的实例化：
template <typename T> int compare(const T &,const T &); int (*pf1)(const int &,const int &) = compare;
pf1的类型是一个指针，指向“接受两个constint & 类型形参并返回int值的函数”,形参的类型决定了T的模板实参的类型：T的模板实参为int型,指针 pf1引用的是将 T绑定到 int的实例化。
获取函数模板实例化的地址的时候,上下文必须是这样的:它允许为每个模板形参确定唯一的类型或值。
如果不能从函数指针类型确定模板实参，就会出错：
void func(int (*)(const string &,const string &)); void func(int (*)(const int &,const int &)); func(compare); //Error：通过查看func的形参类型不可能确定模板实参的唯一类型。
对func的调用可以实例化下列函数中的任意一个:
compare(const string&, const string&) compare(const int&, const int&)
因为不能为传给func的实参确定唯一的实例化，该调用会产生一个编译时（或链接时）错误！
//P540 习题16.22
template <class Type>
Type calc(const Type *arr,int size);
template <class Type>
Type fcn(Type p1,Type p2);
int main()
{
double dobj;
float fobj;
char cobj;
int ai[5] = {511,16,8,64,343};
calc(&cobj,‘c‘);
calc(&dobj,fobj);
fcn(ai,ai + sizeof(ai)/sizeof(*ai));
}