模板簡介
模板是C++一個非常重要的特性，它是C++泛型編程的基礎。某些對C++持極度偏見的人甚至說模板是C++對這個世界的
唯一貢獻（當然，我是不贊同的），可見模板在C++中的重要性，而整個STL都是基於模板的，可見其應用之廣泛。
C++引入模板的一個重要原因是算法的重用，比如下面一個例子：
[cpp]
bool mless_than(const int& v1, const int& v2) {
return v1 < v2;
}
程序很簡單，就是比較第一個參數是否小於第二個參數而已，這個算法在我們的程序可以說是非常常見，這個是int
版本的，如果我們還需要一個string版本的，一個double版本的，甚至是一個自定義類版本的怎麼辦呢？如果沒有模
板，我們就不得不為其定義多個實現，即使他們的代碼都是一樣的，如果算法很長，例如一個排序算法，寫這麼多個
版本將是一件冗長而乏味的事情，況且我們是無法預見未來需要為什麼樣的類型定制算法的，寫算法庫的人也無法知
道使用者可能會定義什麼樣的類型。說了模板的必要性，現在來看一個它的實現吧，還是剛才那個函數：
[cpp]
template<typename T>
bool mless_than(const T& v1, const T& v2) {
return v1 < v2;
}
使用的方式也很簡單，直接調用就是了，聰明的編譯器會自動為我們推導出模板的參數類型：
[cpp] view plaincopy
bool result = mless_than(2.8, 4.1);//double version
在某些情況下，編譯無法從調用參數推到出所有的模板類型，或是我們傳入的參數類型不是我們希望用於實例化函數
的模板參數類型時，我們也可以手動的指定模板參數類型，調用方式如下：
[cpp]
bool result = mless_than<int> (2.8, 4.1);//double version
模板除了用在函數上，還可以用在類中，例如：
[cpp]
template<typename T>
class A{
//...other definition
private:
T v;
//...other definition
}
如果經常使用STL的話，使用方式我們應該已經習慣了：
[cpp]
A<int> a;
這個是用一個int版本的類A去定義了一個對象a.
需要注意的是，無論是函數模板，還是類模板，它們都不是真正的函數或是類，它只是告訴編譯器該如何生成真正的
函數實例或是類實例（這裡並非對象哦），也就是說A並不是類，A<int>才是類。
關於模板的簡介就說到這吧，有了這個初步概念後，我們來看看class和typename的區別。
class和typename
在上面的模板定義中，我都是使用typename關鍵字來定義模板參數的，以前學習過或了解過模板的同學可能還會發現
另一個關鍵字class被重用在這裡用於定義模板參數，那麼它們究竟有上面區別呢？答案是在定義模板參數這裡，它
們是沒有區別的，由於typename是後引進的關鍵字，所以，在一些比較舊的代碼中，class關鍵可能會更加常見些。
我說了它們在這裡是沒有區別的，但既然我單獨列了一個小標題，說明這中間還是有點內容滴。typename在模板中還
有一些別的作用。在談這個之前，我們先來了解一個概念：nested dependent type names（嵌套依賴類型名）。考
慮下面的定義：
[cpp]
template<typename T>
void test(const T& c) {
c::key_type *ptr;
//other implementation
}
其中，c::key_type *ptr代表什麼意思呢？如果你對STL比較熟悉的話，你可能會說，嘿，這是利用c::key_type定義
了一個指針ptr，在map和set裡面都有這個類型，它表示的是其封裝的鍵的類型。可是，只是可是，如果有哪個傻瓜
自定義了一個類，並且他恰好在這個類內部又定義了一個名叫key_type的靜態變量，那麼這句話就不再是變量定義了
，而是一個乘法運算。那麼編譯器是如何看待這條語句的呢？首先還是說一下潛逃依賴類型名這個概念，像這種定義
在類內部的類型，而外部類的類型又是依賴於模板參數的，就是所謂的潛逃依賴類型名，默認情況下，編譯器是把它
當做是變量名，而非類型名的，也就是說默認下，編譯器會將其當做乘法運算的。如果我們想讓編譯器把它當做是類
型名，可以在其前面加上typename關鍵字進行修飾。
[cpp]
typename c::key_type *ptr;
對於像這種潛逃依賴類型名，我們在使用的時候都應該加上typename關鍵字進行修飾。但是，還是有例外的，例如在
基類列表裡面，如果有用到嵌套依賴類型，則不用typename關鍵字，因為這裡出現的標示符只可能是類型名。
Nontype 模板
前面所談及的都是類型模板，實際上C++的模板機制還支持非類型模板。為了更直觀的說明它是什麼，我們先來看一
個它在STL中一個實際運用的例子，那就是位圖類：
[cpp]
bitset<32> b;
如上的定義方式是定義了一個大小為32的位圖類，它利用非類型參數去指定其大小。我們來看一個非類型模板的簡單
實現：
[cpp]
template<int SIZE>
class A{
//some definition
int data[SIZE];
}
可以看出，非類型模板參數在這裡的作用是指定A<SIZE>內部維護的一個數組變量的大小。在我們進行參數傳遞時，
非類型參數有時候會先得非常有用，例如：
[cpp]
template <class T, size_t N> void array_init(T (&parm)[N])
{
for (size_t i = 0; i != N; ++i) {
parm[i] = 0;
}
}
該函數的作用是對任意大小的數組進行初始化，這裡巧妙的利用非類型參數指定了所傳遞的數組引用的大小。
模板的特化與偏特化
模板的作用是為任意的類型提供統一的實現方式，或是算法邏輯，或是數據結構。但有時候，對於某些類型，統一的
實現方式並不能滿足我們的要求，考慮最開始的那個模板函數，如果我們傳遞的是常量字符串，編譯器會為我們實例
化出這樣的函數代碼：
[cpp]
bool mless_than(const char* const& v1, const char* const& v2) {
return v1 < v2;
}
編譯運行都木有問題，可關鍵是，它比較的兩個字符串的地址，而非字符串本身，這顯然不是我們想要的。在這種情
況下，我們就需要利用模板的特化功能為它定制一個專門的版本用於處理C_style的字符串，特化的實現方式如下：
[cpp]
template<>
bool mless_than(const char* const& v1, const char* const& v2) {
return strcmp(v1, v2) < 0;
}
當我們傳遞C_style的字符串時，編譯器就會調用我們特化的這個版本，而不是利用模板去給我們呢生成。
模板的特化也可以用在類模板上，在特化的類中，我們不必遵循原先模板的定義方式。類模板的特化定義方式和函數
模板大致類似，不過，它必須在類名後面顯示的指定特化的模板參數類型。
除了模板特化，C++還允許我們對類模板進行偏特化（函數模板不行），就是只針對部分模板參數進行特化，例如：
[cpp]
template<typename T, typename V>
class A{
//other definition
T d1;
V d2;
};
template<typename T>
class A<T, int>{
//other definition
T d1;
int d2;
};
在偏特化中，我們將模板參數V特化為int，需要注意的是，偏特化後的模板仍然是一個模板類，而非實際的類。
模板元編程
所謂模板元編程實際上並沒有引入新的C++特性，它是C++非類型模板與模板特化的一個非常奇妙的用法。它能夠將一
些運行時計算的任務放到編譯期來完成，從而提高運行效率。例如，我們希望以常量的階乘作為一個靜態數組的大小
，就可以利用模板元編程了：
[cpp]
template<unsigned N>
class Factorial {
public:
unsigned VALUE = N*factorial<N-1>::VALUE;
};
template<>
class Factorial<0> {
public:
unsigned VALUE = 1;
};
上面的模板類Factorial用於計算階乘，它巧妙的利用遞歸在編譯器就可以計算出我們所需要的階乘值，值得注意的
是，這裡的遞歸出口是一個偏特化模板，很神奇吧。
模板的編譯機制
談完模板的一些基本特性與使用方式，我們最後來看一下模板編譯機制。我們知道，模板只是提供被編譯器供編譯器
生成實例的一種方式。而模板是按需進行實例化的，也就是說，如果我們按照我們的習慣將類模板的定義放在頭文件
裡，而將其成員函數的實現放在源文件中，在對定義源文件進行編譯時是不會生成任何代碼的，這樣在其他使用文件
中因為只包含器類的定義而不包含實現，在連接過程中就會發生找不到類的錯誤。所以我們的模板代碼必須全部放在
頭文件中，如果你為了方便管理，也可以講實現放在源文件中，再通過頭文件進行反包含。有些童鞋可能會擔心重定
義的問題，實際上把模板放在頭文件中，這種C++標准中是運行的，編譯器對它做了特殊處理，所以不會有普特類的
定義放在頭文件中的擔心。
實際上在C++的標准中還有一個關鍵字export可以解決這個問題，不過由於目前還沒多少編譯器支持，所以這裡也就
不談了。
模板的編譯機制是按需的，不僅對於類型按需，對於那些並沒有使用到的成員函數，編譯器也不會對它進行編譯的，
這點很重要。前段時間，在網上翻博客時就碰見一位仁兄講述的一個例子，他自己做了一個簡單的模板庫，在測試的
時候沒有問題，但在實際的使用過程中卻碰到了大麻煩。因為他在測試時，對於有些類型並沒有用到所有的成員函數
，而這些成員函數編譯器就沒有對它進行編譯，這才使問題在使用期才暴露出來。所以，了解模板的編譯機制，對於
我們以後開發自己的模板庫有很重要的作用。
作者：justaipanda
