从例子看C++模版

做为现代C++中最具表现力，被应用最普遍的一个语法功能，Templates（模版），无疑应该被仔细研究。自从有了STL，模版渐渐成为现代C++开发的主角。前不久由于老师的做业要求，我稍微学习了一下C++的模版，写一篇入门文，请大神轻喷，谢谢。

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首先应该看的是函数模版：这是最简单的模版了。而函数模版中最简单的例子，应该就是max函数了。如下是我写的一个example:

#include <iostream>
    #include <string>
    using namespace std;
    //模版的声明语法
    //这里声明了一个tmax模版，其中可能发生变化的只是一个类型T，至于T是什么咱们并不关心
    template <typename T>
    T tmax (T a, T b)
    {
        return a < b ? b : a;
    }
    int main()
    {
        cout << tmax(3,4) << endl;
        cout << tmax(4.9,4.8) << endl;
        string s1("watch"),s2("which");
        cout << tmax(s1,s2) << endl;
        return 0;
    }

模版的魅力就在于，它不须要对象的具体类型，只须要支持进行某些方法或者运算符。这里的tmax函数，不管抛给它的是int，double仍是string，都能正确使用，虽然实际上实现的机理是不同的。对于开发者而言，只须要知道对象支持什么功能便可，并不须要考虑对象到底是什么，这颇有Duck Typing的味道。须要注意的是，C++对模版的实现机理，其实是对每种可能的参数状况分别编译，也就是说，这段代码实际上会产生3个tmax，分别对应int，double和string。

这个例子应该很好看懂。接下来咱们看类模版：

#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
//声明一个模版，接收参数分别是类型名T和一个整数N
template <typename T,int N>
class Matrix
{
public:
    T d[N][N];
    T sum()
    {
        T ret=0;
        for (int i=0;i<N;++i)
        {
            for (int j=0;j<N;++j)
            {
                ret+=d[i][j];
            }
        }
        return ret;
    }
    T fill(T x)
    {
    for (int i=0;i<N;++i)
    {
        for (int j=0;j<N;++j)
            {
                d[i][j]=x;
            }
        }
    }
};
Matrix <double, 3> M;
int main()
{
    M.fill(0.1);
    M.d[1][2]+=4.5;
    printf("%lf\n",M.sum());
    return 0;
}

这个例子中，你会发现模版不必定只接收类型，也能够接收一个变量做为模版参数，而这些参数，能够在声明类的实例的时候使用。至于用法，却简单得让人难以置信。类模版使用的时候须要显式声明模版的参数，这大概是类模版和函数模版最大的区别。由于函数模版的用途只是被调用，而类模版是用来自动构造一些类的，而构造须要必要的参数。实质的实现和函数模版同样，类模版也是按须要编译出一堆东西。咱们能够看到，C++模版的本质实际上就是一个复杂而安全的宏语法，它大大扩展了C语言里面简陋的#define，成为一个安全而高效的工具。

如今咱们来看第三个例子，也是C++当中最让人叹为观止的例子，这个例子给咱们展现了利用模版进行必定程度的函数式编程的方法。

#include <iostream>
using namespace std;

//这里构造了一个函数对象类Plusa
template <typename T>
class Plusa
    {
    private:
        T a;
public:
    Plusa(T d)
    {
        this->a=d;
    }
    void operator() (T& x)
    {
        x+=a;
    }
};  
/* perform (l, r ,a[], f)
* 对数组a的l到r施用函数对象f
*/
template <typename T, typename FUNCT>
void perform (int l, int r, T a[], FUNCT f)
{
    for (int i=l;i<r;++i)
    {
        f(a[i]);
    }
}     
int main()
{
    double t[4]={ -0.2, 1.0, 1.2, 1.6 };
    //函数对象plus_half
    Plusa <double> plus_half(0.5);
    perform(0,3,t,plus_half);
    for (int i=0;i<4;++i)
    {
        cout << t[i] <<endl;
    }
    return 0;
}

这个例子中有一个额外的语法：函数对象。若是一个对象，它的()运算符被重载，他就变成了一个函数对象，能够看成函数来调用。若是调用它，它和函数看上去如出一辙，但事实上它是个对象，因此它能够被轻易地传递，并且能够像Javascript的闭包那样秘密地储藏一些信息。

有了函数对象，咱们能够再写一个模版，接受函数对象并使用函数对象，就像例子中的perform函数。函数指针这样复杂的东西，在C++当中能够轻易地被函数对象取代。基本上STL中全部的有比较功能的模版，全都接收函数对象，足见这个功能被应用的普遍程度。

以上只是一些简单的例子，实际上C++的模版远远不止这么点内容，彻底去深刻的研究，够写一本书，并且也有这样一本书了：《C++ Templates》。最后，但愿你们喜欢C++这门优美的编程语言。