c++中模板函数和模板类的使用_c++模板编程基础与应用实例

模板是C++泛型编程核心，支持函数与类模板，实现类型无关的通用代码，如std::vector；函数模板通过template定义，编译器自动推导类型生成实例，支持多参数与尾置返回类型；类模板如MyArray用于构建通用数据结构，需指定类型实例化；模板支持默认参数与特化（全特化与偏特化），用于定制特定类型行为；应用广泛于STL、智能指针等，但需注意头文件定义、冗长错误与代码膨胀问题；C++11起支持变参模板，提升类型安全与灵活性。

在C++中，模板是实现泛型编程的核心工具。它允许我们编写与数据类型无关的通用代码，从而提高代码复用性和灵活性。模板分为函数模板（模板函数）和类模板（模板类），它们在标准库和现代C++开发中被广泛使用，比如std::vector、std::sort等都是基于模板实现的。

模板函数的基本语法与使用

模板函数用于定义适用于多种类型的函数。编译器根据调用时传入的参数类型自动推导并生成对应的函数实例。

定义模板函数使用template关键字，后跟模板参数列表：

template 
T max(T a, T b) {
    return (a > b) ? a : b;
}

上面的max函数可以处理int、double、std::string等支持比较操作的类型。

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调用方式如下：

int x = 5, y = 10;
std::cout << max(x, y) << std::endl;  // 输出 10
double a = 3.14, b = 2.71;
std::cout << max(a, b) << std::endl;  // 输出 3.14

注意：如果两个参数类型不同，编译器无法推导出统一的T，会导致编译错误。此时可显式指定模板参数：

max(3, 3.14);  // 强制使用 double 类型实例化

模板参数也可以有多个：

template 
auto add(T a, U b) -> decltype(a + b) {
    return a + b;
}

这种写法使用尾置返回类型确保返回值类型为a + b的实际结果类型。

模板类的基本定义与实例化

模板类允许我们创建通用的数据结构，如容器类。最常见的例子是std::vector。

定义一个简单的动态数组类：

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template 
class MyArray {
private:
    T* data;
    int size;
public:
MyArray(int s) : size(s) {
data = new T[size];
}
~MyArray() {
    delete[] data;
}

T& operator[](int index) {
    return data[index];
}

int getSize() const {
    return size;
}
};
使用该模板类时需指定具体类型：
MyArray arr(5);
arr[0] = 10;
arr[1] = 20;
std::cout << arr[0] << std::endl;  // 输出 10
每个不同的类型实例会生成独立的类副本，例如MyArray和MyArray是两个完全不同的类型。
模板的进阶应用：默认参数与特化
模板支持默认参数，适用于类模板和函数模板：
template 
class Box {
    T value;
public:
    Box(T v) : value(v) {}
    T getValue() { return value; }
};
// 使用默认类型
Box<> box(123);  // 等价于 Box
模板还支持特化，即为特定类型提供定制实现。例如对char*进行特化以避免指针比较问题：
template<>
char* max(char* a, char* b) {
    return (std::strcmp(a, b) > 0) ? a : b;
}
这样当调用max传入字符串字面量时，会使用这个特化版本而不是通用模板。
还有偏特化，主要用于类模板，例如针对指针类型的偏特化：
template 
class MyArray {
    // 针对指针类型的特殊实现
};
常见应用场景与注意事项
模板广泛应用于STL、智能指针、算法库等场景。例如：


std::function 使用模板封装可调用对象

std::enable_if 结合SFINAE实现条件编译
工厂模式中通过模板创建不同类型对象

使用模板时需要注意：

模板代码必须在头文件中定义，因为编译器需要看到完整实现才能实例化
错误信息可能冗长且难以理解，尤其是在深层嵌套模板中
过度使用模板可能导致代码膨胀（每个实例生成一份副本）
C++11以后支持变参模板，可用于实现类型安全的printf-like函数
基本上就这些。掌握模板函数和模板类的使用，是深入现代C++编程的关键一步。不复杂但容易忽略的是细节处理，比如类型推导规则和特化顺序。多练习常见模式，比如容器封装、通用比较函数，能快速提升模板编程能力。