C++怎么使用模板(template)编程_C++泛型编程与函数模板、类模板

模板是C++泛型编程的核心，分为函数模板和类模板。函数模板通过template定义通用函数，支持类型自动推导或显式指定，可含多个类型参数及非类型参数（如整型、数组长度）。类模板用于构建通用数据结构（如Stack），使用时需指定具体类型，成员函数通常在头文件中实现。模板特化允许为特定类型定制实现，包括全特化（所有参数固定）和偏特化（部分参数固定），后者仅适用于类模板。函数模板无偏特化，但可通过重载模拟。正确掌握模板机制有助于编写高效、复用性强的代码。

在C++中，模板（template）是实现泛型编程的核心机制。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。模板分为函数模板和类模板两种形式，下面详细介绍它们的使用方法和常见技巧。

函数模板的基本用法

函数模板用于定义一个可以处理多种类型的通用函数。编译器会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。

定义函数模板使用 template 关键字后跟模板参数列表：

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

这里 T 是一个占位类型名，可以在函数体内作为类型使用。调用时无需显式指定类型，编译器会自动推导：

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int x = 3, y = 4;
double m = 2.5, n = 3.1;

std::cout << max(x, y) << std::endl;     // 调用 int 版本
std::cout << max(m, n) << std::endl;     // 调用 double 版本

也可以显式指定模板参数：

max(x, m);  // 强制使用 double 类型进行比较

多个模板参数与非类型模板参数

函数模板可以有多个类型参数，适用于更复杂的场景：

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

这种写法使用了尾置返回类型，确保返回值类型由操作结果决定。
除了类型参数，还可以使用非类型模板参数，比如整数、指针或引用：

template 
void printArray(T (&arr)[N]) {
    for (int i = 0; i < N; ++i)
        std::cout << arr[i] << " ";
    std::cout << std::endl;
}


这里的 N 是数组长度，在编译期就能确定，可用于安全遍历。

							

								
								

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类模板的定义与使用
类模板允许我们创建通用的数据结构，如标准库中的 std::vector 和 std::pair 都是类模板。
定义一个简单的类模板示例：

template 
class Stack {
private:
    std::vector data;
public:
    void push(const T& item) {
        data.push_back(item);
    }
    
    void pop() {
        if (!data.empty())
            data.pop_back();
    }

    T& top() {
        return data.back();
    }

    bool empty() const {
        return data.empty();
    }
};


使用时需要指定具体类型：

Stack intStack;
Stack stringStack;

intStack.push(10);
stringStack.push("hello");


类模板的成员函数通常也在头文件中实现，因为编译器需要完整的定义来实例化不同类型的版本。

模板特化与偏特化
有时我们需要为特定类型提供不同的实现，这就是模板特化的作用。
全特化是指对所有模板参数都指定具体类型：

template<>
class Stack {
    // 专门优化布尔类型的栈存储
};


偏特化则是只固定部分模板参数，常用于类模板中有多于一个参数的情况：

template 
class Stack {
    // 对指针类型做特殊处理
};


注意函数模板不支持偏特化，但可以通过重载实现类似效果。

基本上就这些。模板是C++强大抽象能力的基础，掌握好函数模板和类模板的使用，能写出高效且可维护的通用代码。实际开发中多参考STL的设计思路，有助于理解泛型编程的本质。不复杂但容易忽略的是细节处理，比如模板声明与定义的位置、实例化时机等。