模板
C++ 中的模板（Template）是一种强大的泛型编程工具，使得函数和类可以处理多种类型的参数，而无需重写代码。模板使得编写通用的代码变得更加灵活和高效，广泛应用于标准模板库（STL）中。
C++ 中有两种主要的模板：
函数模板（Function Template）
类模板（Class Template）
1. 函数模板
函数模板允许你编写通用的函数，不需要为不同的数据类型重复编写函数。编译器在使用时根据传递的参数类型生成相应的函数实例。
1.1 定义和使用函数模板
template <typename T>
T add(T a, T b) {
return a + b;
}template <typename T>：表示声明一个模板，T是占位符类型，可以是任意数据类型。T add(T a, T b)：这是一个返回类型为T的函数，参数类型也都是T，可以传递任何类型的参数，只要支持+运算符。
示例
#include <iostream>
using namespace std;
template <typename T>
T add(T a, T b) {
return a + b;
}
int main() {
int x = 10, y = 20;
double a = 1.5, b = 2.5;
// 使用模板函数
cout << "add(x, y) = " << add(x, y) << endl; // 整数加法
cout << "add(a, b) = " << add(a, b) << endl; // 浮点数加法
return 0;
}1.2 函数模板的类型推导
编译器可以根据传递的参数类型自动推导模板类型：
cout << add(3, 4); // 推导为 int
cout << add(1.2, 3.4); // 推导为 double2. 类模板
类模板允许你为多个数据类型设计通用的类，而不需要针对每种类型编写不同的类。
2.1 定义和使用类模板
template <typename T>
class Box {
private:
T value;
public:
Box(T val) : value(val) {}
T getValue() { return value; }
};template <typename T>：定义一个模板类，T是占位符类型。Box<T>：表示一个泛型类，T可以是任何类型，类中的成员变量value和方法getValue()都使用类型T。
示例
#include <iostream>
using namespace std;
template <typename T>
class Box {
private:
T value;
public:
Box(T val) : value(val) {}
T getValue() { return value; }
};
int main() {
Box<int> intBox(123); // 创建存储 int 类型的对象
Box<double> doubleBox(456.78); // 创建存储 double 类型的对象
cout << "intBox: " << intBox.getValue() << endl;
cout << "doubleBox: " << doubleBox.getValue() << endl;
return 0;
}输出：
intBox: 123
doubleBox: 456.783. 模板的特化
模板特化允许你为特定的数据类型提供特定的实现，而不使用通用的模板版本。这在某些类型有特殊处理需求时非常有用。
3.1 函数模板特化
template <typename T>
T max(T a, T b) {
return (a > b) ? a : b;
}
// 针对 const char* 类型的特化
template <>
const char* max<const char*>(const char* a, const char* b) {
return (strcmp(a, b) > 0) ? a : b;
}3.2 类模板特化
template <typename T>
class Box {
private:
T value;
public:
Box(T val) : value(val) {}
T getValue() { return value; }
};
// 针对 int 类型的特化
template <>
class Box<int> {
private:
int value;
public:
Box(int val) : value(val) {}
int getValue() { return value * 2; } // 针对 int 类型的特殊处理
};4. 模板的部分特化
类模板还可以进行部分特化，即对某些特定类型进行定制化处理，而保留其他类型的通用性。
template <typename T, typename U>
class Pair {
public:
T first;
U second;
Pair(T f, U s) : first(f), second(s) {}
};
// 对第二个类型是 int 的部分特化
template <typename T>
class Pair<T, int> {
public:
T first;
int second;
Pair(T f, int s) : first(f), second(s) {}
};5. 模板的应用场景
泛型编程：模板使得编写通用的函数和类成为可能，避免了重复代码。
容器类：C++ 标准模板库（STL）中的容器类（如
std::vector、std::map、std::list）和算法都基于模板实现，能够处理不同类型的数据。算法库：通过模板，算法可以适用于多种数据类型而无需修改实现。
6. 模板与内联
模板代码一般在头文件中定义，原因是模板代码只有在使用时才会生成实际的函数或类，因此编译器需要在使用模板时知道其定义。
7. 模板的编译过程
模板在编译时会进行两步检查：
模板定义检查：编译器检查模板语法是否正确，但不会生成实际代码。
模板实例化：当使用模板时，编译器根据具体类型实例化模板并生成实际的函数或类代码。
8. 模板的优缺点
优点：
代码复用：通过模板，编写一次代码可以适用于多种数据类型，减少了重复代码。
类型安全：模板提供了类型安全的编程方式，编译时会根据类型进行检查，避免了运行时类型错误。
缺点：
编译时间增加：模板代码在使用时才进行实例化，这可能会增加编译时间。
代码膨胀：不同类型的模板实例化会生成不同的代码，这可能导致编译后的代码体积增大。
9. 模板的高级特性
模板模板参数：可以在模板中传递模板作为参数。
SFINAE（Substitution Failure Is Not An Error）：模板替换失败并不会导致编译错误，而是尝试其他的匹配。
变参模板（Variadic Templates）：允许模板接受任意数量的参数。
template<typename... Args>
void print(Args... args) {
(cout << ... << args) << endl;
}总结
模板是 C++ 中实现泛型编程的核心工具。通过模板，程序员可以编写通用代码，并为不同类型提供一致的接口，提升了代码的可重用性和灵活性。
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