C++ Tutorials: C++ Language: Program structure: Overloads and templates

C++官方参考链接：Overloads and templates - C++ Tutorials (cplusplus.com)

重载函数
在C++中，如果形参不同，两个不同的函数可以有相同的名称；要么是因为它们有不同数量的形参，要么是因为它们的任何形参是不同类型的。
例如：
// overloading functions
#include
using namespace std;

int operate (int a, int b)
{
  return (a*b);
}

double operate (double a, double b)
{
  return (a/b);
}

int main ()
{
  int x=5,y=2;
  double n=5.0,m=2.0;
  cout << operate (x,y) << '\n';
  cout << operate (n,m) << '\n';
  return 0;
} 

输出 

在本例中，有两个名为operate的函数，但其中一个函数有两个int类型的形参，而另一个函数有两个double类型的形参。编译器通过检查调用函数时作为实参传递的类型，知道在每种情况下调用哪一个。如果带有两个int实参调用它，则调用带有两个int形参的函数；如果带有两个double实参调用它，则调用带有两个double形参的函数。
在本例中，两个函数的行为完全不同，int版本的函数乘以它的实参，而double版本的函数除以它的实参。这通常不是一个好主意。两个具有相同名称的函数通常被期望具有---至少---类似的行为，但是这个示例说明它们完全有可能不具有类似的行为。两个重载函数（即名称相同的两个函数）具有完全不同的定义；它们是不同的函数，只是碰巧有相同的名称。
注意，函数不能仅按其返回类型重载。它的至少一个形参必须具有不同的类型。

函数模板
重载的函数可能具有相同的定义。例如： 
// overloaded functions
#include
using namespace std;

int sum (int a, int b)
{
  return a+b;
}

double sum (double a, double b)
{
  return a+b;
}

int main ()
{
  cout << sum (10,20) << '\n';
  cout << sum (1.0,1.5) << '\n';
  return 0;
}

这里，sum使用不同的形参类型重载，但具有完全相同的函数体。
对于许多类型，函数sum可以重载，并且所有类型具有相同的函数体是有意义的。对于这样的情况，C++能够用泛型类型定义函数，称为函数模板。定义一个函数模板遵循与普通函数相同的语法，除了它前面有template关键字和一系列用尖括号<>括起来的模板形参：
template function-declaration
模板形参由逗号分隔的一系列形参组成。通过指定class或typename关键字后接标识符，这些形参可以是泛型模板类型。然后可以在函数声明中使用该标识符，就像它是一个普通类型一样。例如，一个泛型的sum函数可以定义为： 
template
SomeType sum (SomeType a, SomeType b)
{
  return a+b;
}
泛型类型是在模板实参列表中用关键字class指定的还是用关键字typename指定的没有区别（它们在模板声明中是100%的同义词）。
在上面的代码中，声明SomeType（尖括号括起来的模板形参中的泛型类型）允许SomeType在函数定义中的任何地方使用，就像任何其他类型一样；它可以用作形参的类型，返回类型或声明此类型的新变量。在所有情况下，它都表示在模板实例化时确定的泛型类型。
实例化模板是将模板应用于使用模板形参的特定类型或值创建函数。这是通过调用函数模板来完成的，使用与调用普通函数相同的语法，但指定用尖括号括起来的模板实参：
name (function-arguments) 
例如，上面定义的sum函数模板可以用：
x = sum(10,20); 
函数sum只是函数模板sum的可能实例之一。在这种情况下，通过在调用中使用int作为模板实参，编译器自动实例化sum的一个版本，其中SomeType的每次出现都被int替换，就像它被定义为：
int sum (int a, int b)
{
  return a+b;
}
让我们看一个实际的例子：
// function template
#include
using namespace std;

template
T sum (T a, T b)
{
  T result;
  result = a + b;
  return result;
}

int main () {
  int i=5, j=6, k;
  double f=2.0, g=0.5, h;
  k=sum(i,j);
  h=sum(f,g);
  cout << k << '\n';
  cout << h << '\n';
  return 0;
} 

在本例中，我们使用T作为模板形参名，而不是SomeType。它没有区别，T实际上是泛型类型的一个非常常见的模板形参名称。
在上面的例子中，我们两次使用了函数模板sum。第一次使用int类型的实参，第二次使用double类型的实参。编译器每次都实例化并调用函数的适当版本。
注意T也被用来在sum中声明该（泛型）类型的局部变量：
T result;
因此，result将是一个与形参a和b的类型相同的变量，也是函数返回的类型。
在这种使用泛型类型T作为sum形参的特定情况下，编译器甚至可以自动推断数据类型，而不必在尖括号中显式指定数据类型。因此，与其显式指定模板实参，不如使用：
k = sum (i,j);
h = sum (f,g);
也可以简单地写成：
k = sum (i,j);
h = sum (f,g);
没有用尖括号括起的类型。因此，类型自然应该是明确的。如果调用sum时带不同类型的实参，编译器可能无法自动推断T的类型。
模板是一个功能强大的多功能特性。它们可以有多个模板形参，函数仍然可以使用普通的非模板类型。例如：
// function templates
#include
using namespace std;

template
bool are_equal (T a, U b)
{
  return (a==b);
}

int main ()
{
  if (are_equal(10,10.0))
    cout << "x and y are equal\n";
  else
    cout << "x and y are not equal\n";
  return 0;
}

注意，这个例子在调用are_equal时使用了自动模板形参推断：
are_equal(10,10.0)
等价于：
are_equal(10,10.0)
不可能有歧义，因为数值字面量总是具有特定的类型：除非用后缀特别指定，整数字面量总是产生int类型的值，而浮点字面量总是产生double类型的值。因此，10总是int类型，10.0总是double类型。

非类型模板实参
模板形参不仅可以包括由class或typename引入的类型，还可以包括特定类型的表达式：
// template arguments
#include
using namespace std;

template
T fixed_multiply (T val)
{
  return val * N;
}

int main() {
  std::cout << fixed_multiply(10) << '\n';
  std::cout << fixed_multiply(10) << '\n';
} 

fixed_multiply函数模板的第二个实参是int类型的。它看起来就像一个普通的函数形参，实际上也可以像普通函数形参一样使用。
但是有一个主要的区别：模板形参的值是在编译时确定的，以生成fixed_multiply函数的不同实例化，因此实参的值不会在运行时传递：main中对fixed_multiply函数的两次调用实质上调用了该函数的两个版本：一个总是乘以2，一个总是乘以3。出于同样的原因，第二个模板实参需要是一个常量表达式（它不能被传递为变量）。