C++函数模板

函数模板提供了一种函数行为，该函数行为可以用多种不同的类型进行调用，也就是说，函数模板代表一个函数家族，这些函数的元素是未定的，在使用的时候被参数化。

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下面举一个简单的例子：

定义模板：

template<typename T>
inline T const& max(T const& a, T const& b)
{
    return a < b ? b : a;
}

这个模板定义指定了一个“返回两个值中最大者”的函数家族，这两个值通过函数参数a , b传递给函数模板的，而参数的类型还没有确定，用模板参数T来代替。
其中，typename可以用class来代替，但是建议使用typename

完整代码如下：

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;

template<typename T>
inline T const& max(T const& a, T const& b)
{
    return a < b ? b : a;
}

int main()
{
    int i = 42;
    cout<<"max(7, i): "<<::max(7, i)<<endl;

    double f1 = 3.4;
    double f2 = 5.6;
    cout<<"max(f1, f2): "<<::max(f1, f2)<<endl;
    
    string s1 = "mathematics";
    string s2 = "math";
    cout<<"max(s1, s2): "<<::max(s1, s2)<<endl;
    cin.get();  
    return 0;
}

实参的选择：

模板参数可以根据我们传递的实参来决定，如果我们传递了两个int给参数类型T const&，那么C++编译器得出结论：每个T都必须正确的匹配，如果此时传递的实参为：max(4, 4.2)，则出现编译错误

有3种方法来处理上面的错误：

1、对实参进行强制类型转换，使它们可以互相匹配：

max(static_cast<double>(4), 4.2);

2、显示指定（或限定）T的类型：

max<double>(4, 4.2)

3、指定两个参数可以具有不同的类型

 模板参数

函数模板有2种类型的参数：

1、模板参数：位于函数模板名称的前面,在一对尖括号内部进行声明：

template<typename T>

2、用参数：位于函数模板名称之后，在一对圆括号内部进行声明：

...max(T const& a, T const& b)

可以声明任意数量的模板参数，在函数模板的内部，不能指定缺省的参数。

template<typename T1, typename T2>
inline T1 max(T1 const& a, T2 const& b)
{
    return a < b ? b : a;
}
...
max(4, 4.2);

可以引入第三个模板实参类型，来定义函数模板的返回类型：

template<typename T1, typename T2, typename RT>
inline RT max(T1 const& a, T2 const& b);
...
max<int, double, double>(4, 4.2);

行得通，但是很麻烦

还有一种方法是只显示的指定第一个实参，而让演绎过程推导出其余的实参。

template<typename RT, typename T1, typename T2>
inline RT max(T1 const& a, T2 const& b);
...
max<double>(1, 4.2);  //ok, 返回类型是double

 重载函数模板

和普通函数一样，函数模板也可以被重载，示例代码如下：

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;

inline int const& max(int const& a, int const& b)
{
    return a < b ? b : a;
}

template<typename T>
inline T const& max(T const& a, T const& b)
{
    return a < b ? b : a;
}

template<typename T>
inline T const& max(T const& a, T const& b, T const& c)
{
    return ::max(::max(a, b), c);
}

int main()
{
    cout<<::max(7, 12, 67)<<endl;       //调用具有3个函数的模板
    cout<<::max(7.9, 34.5)<<endl;       //调用max<double>（通过实参演绎）
    cout<<::max('a', 'y')<<endl;        //调用max<char>（通过实参演绎）
    cout<<::max(7, 42)<<endl;           //调用int重载的非模板函数
    cout<<::max<>(7, 23)<<endl;         //调用max<int>（通过实参演绎）
    cout<<::max<double>(4, 45)<<endl;   //调用max<double>（没有实参演绎）
    cout<<::max('a', 23.4)<<endl;       //调用int重载的非模板函数

    cin.get();  
    return 0;
}

  下面的更有用的例子将会为指针和普通的C字符串重载这个求最大值的模板：

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;

//求两个任意类型值的最大者
template<typename T>
inline T const& max(T const& a, T const& b)
{
    return a < b ? b : a;
}

//求两个指针所指向值的最大者
template<typename T>
inline T* const& max(T* const& a, T* const& b)
{
    return a < b ? b : a;
}

//求两个C字符串的最大者
inline char const* const& max(char const* const& a, char const* const& b)
{
    return *a < *b ? b : a;
}

int main()
{
    int a, b;
    a = 7;
    b = 42;
    ::max(a, b);   //max()求两个int值的最大值
     
    string s = "hey";
    string t = "you";
    cout<<::max(s, t)<<endl;   //max()求两个string类型的最大值

    int* p1 = &b;
    int* p2 = &a;
    cout<<::max(p1, p2)<<endl;  //max()求两个指针所指向值的最大值

    char const* s1 = "Davide";
    char const* s2 = "Nico";
    cout<<::max(s1, s2)<<endl;  //max()求两个c字符串的最大值

    cin.get();  
    return 0;
}

以上在所有实现重载里面，都是通过引用来传递每个实例的，但是一般而言，在重载函数模板的时候，最好只是改变那些需要改变的内容，应该把改变限制在以下两个方面：

改变参数的数目或显式地指定模板参数

 对于以上的重载，如果改为基于C-string的max()函数，通过传值来传递参数，就不能实现3个参数的max()版本：

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;

//求两个任意类型值的最大者（通过传引用进行调用）
template<typename T>
inline T const& max(T const& a, T const& b)
{
    return a < b ? b : a;
}

//求两个C字符串的最大者（通过传值进行调用）
inline char const* max(char const* a, char const* b)
{
    return strcmp(a, b) < 0 ? b : a;
}

//求3个任意类型值的最大者（通过传引用进行调用）
template<typename T>
inline T const& max(T const& a, T const& b, T const& c)
{
    return max(max(a, b), c);
}


int main()
{
    cout<<::max(7, 42, 68)<<endl; //ok

    const char* s1 = "frederic";
    const char* s2 = "anica";
    const char* s3 = "lucas";
    cout<<::max(s1, s2, s3)<<endl; //error

    cin.get();  
    return 0;
}

错误在于：如果对3个C-string调用max，则语句return max(max(a, b), c);将产生错误

原因是对于C-string而言，max(a, b)产生了一个新的临时局部值，该值有可能被外面的max函数以传引用的方式返回，将导致传回无效的引用。