C++ 模板初阶总结

1. 泛型编程

• 目标：编写与类型无关的通用代码，提高代码复用性。
• 问题：传统函数重载需为每种类型编写重复代码，维护成本高。
• 解决方案：使用模板（Template），通过编译器自动生成特定类型的代码。

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2. 函数模板

定义：

template<typename T>
void Swap(T& left, T& right) {
    T temp = left;
    left = right;
    right = temp;
}

• typename 或 class 声明模板类型参数。

原理：

• 编译器根据实参类型生成具体函数（如 Swap<int>、Swap<double>）。
• 模板是代码生成的 “模具”，避免手动编写重复代码。

实例化：

• 隐式实例化：编译器自动推导类型。

  • Swap(1, 2);  // T 推导为 int
    

  • 显式实例化：手动指定类型。

    Swap<double>(3.14, 2.71);  // 显式指定 T 为 double
    Swap(3, (doouble)2.71);  //强转 double
    
    

  • 匹配原则：
    • 非模板函数与模板函数可共存，优先调用非模板函数。
    • 模板函数不支持自动类型转换，普通函数支持。

3. 类模板

• 定义：

  template<typename T>
  class Stack {
  public:
      Stack(size_t capacity = 4);
      void Push(const T& data);
  private:
      T* _array;
      size_t _capacity, _size;
  };
  

• 实例化：

  Stack<int> st1;   // 实例化为 int 类型的栈
  Stack<double> st2; // 实例化为 double 类型的栈
  

• 注意事项：
  • 类模板的声明和定义需放在同一文件中，否则可能导致链接错误。
  • 成员函数在类外定义时需保留模板参数：

    template<typename T>
    void Stack<T>::Push(const T& data) {
        _array[_size++] = data;
    }
    

4. 关键特性

• 类型安全：模板在编译期检查类型，避免运行时错误。
• 灵活性：支持动态指定类型，适应多种场景。
• 代码复用：一套模板代码适配所有类型，减少冗余。

5. 常见问题

• 类型推导冲突：当实参类型不一致时，需显式实例化或强制类型转换。

  Add(1, 2.0);  // 错误，类型不匹配
  Add<double>(1, 2.0);  // 正确，显式指定类型
  

• 分离编译问题：类模板的声明和定义不能分离到 .h 和 .cpp 文件，否则链接失败。

6. 应用场景

• 容器类（如栈、队列）。
• 通用算法（如排序、查找）。
• 元编程（编译期计算，如 Factorial 模板）。

通过模板，C++ 实现了泛型编程，显著提升了代码的可维护性和复用性。