C++ 模板初级：函数 / 类模板 + 实例化 + 匹配原则全讲透，自此告别重复 C++ 代码
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前言：
在 C++ 编程中，重复编写同逻辑不同类型的代码太耗时，泛型编程正是解决这一问题的关键！本篇将围绕函数模板和类模板展开，清晰讲解二者的基础定义、实例化方法等核心要点，帮你真正掌握泛型编程的基础逻辑，实现代码的高效复用，为后续进阶学习做好铺垫。
目录
一、泛型编程
这里给大家一个问题：如何实现一个通用的交换函数呢？
//我们会想到使用之前学过的函数重载，但是也还是比较麻烦 void Swap(int& left, int& right) { int temp = left; left = right; right = temp; } void Swap(double& left, double& right) { double temp = left; left = right; right = temp; } void Swap(char& left, char& right) { char temp = left; left = right; right = temp; } ......使用函数重载虽然可以实现，但是有一下几个不好的地方：
- 1. 重载的函数仅仅是类型不同，代码复用率比较低，只要有新类型出现时，就需要用户自己增加对应的函数
- 2. 代码的可维护性比较低，一个出错可能所有的重载均出错
那能否告诉编译器一个模子，让编译器根据不同的类型利用该模子来生成代码呢？
如果在C++中，也能够存在这样一个模具，通过给这个模具中填充不同材料(类型)，来获得不同材料的铸件(即生成具体类型的代码），那将会节省许多头发。巧的是前人早已将树栽好，我们只需在此乘凉。这就引出了我们所说的模板。
泛型编程：编写与类型无关的通用代码，是代码复用的一种手段。模板是泛型编程的基础。
二、函数模板
2.1 函数模板的概念：
函数模板代表了一个函数家族，该函数模板与类型无关，在使用时被参数化，根据实参类型产生函数的特定类型版本。
2.2 函数模板的格式：
template<typename T1, typename T2,......,typename Tn>
返回值类型函数名(参数列表)
{
......
}
template<typename T> void Swap(T& x, T& y) { T tmp = x; x = y; y = tmp; }注意：typename是用来定义模板参数关键字，也可以使用class(切记：不能使用struct代替 class)
2.3 函数模板的原理：
函数模板是一个蓝图，它本身并不是函数，是编译器用使用方式产生特定具体类型函数的模具。 所以其实模板就是将本来应该我们做的重复的事情交给了编译器。
在编译器编译阶段，对于模板函数的使用，编译器需要根据传入的实参类型来推演生成对应类型的函数以供调用。比如：当用double类型使用函数模板时，编译器通过对实参类型的推演，将T确定为double类型，然后产生一份专门处理double类型的代码，对于字符类型也是如此。
2.4 函数模板的实例化：
用不同类型的参数使用函数模板时，称为函数模板的实例化。模板参数实例化分为：隐式实例化 和显式实例化。
2.4.1 隐式实例化：
让编译器根据实参推演模板参数的实际类型：
#include<iostream> using namespace std; template<class T> T ADD(const T& a, const T& b) { return a + b; } int main() { int a1 = 10, a2 = 20; double d1 = 10.1, d2 = 20.1; //隐式实例化(实参类型，推导模板参数类型) cout << ADD(a1, a2) << endl; cout << ADD(d1, d2) << endl; /* ADD(a1, d1); 该语句不能通过编译，因为在编译期间，当编译器看到该实例化时，需要推演其实参类型 通过实参a1将T推演为int，通过实参d1将T推演为double类型，但模板参数列表中只有一个T， 编译器无法确定此处到底该将T确定为int 或者 double类型而报错 注意：在模板中，编译器一般不会进行类型转换操作，因为一旦转化出问题，编译器就需要背黑锅 */ // 此时有两种处理方式： // 1. 用户自己来强制转化 ADD(a1, (int)d1); // 2. 使用显式实例化 ADD<int>(a1, d1); cout << ADD(a1, (int)d1) << endl; cout << ADD<int>(a1, d1) << endl; return 0; }特别注意注释中的内容：
使用模板时，编译器一般不会进行类型转换操作。所以，以下这样代码都不能通过编译：
详见注释！
2.4.2 显式实例化：
在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型：
//显式实例化的使用 int main(void) { int a = 10; double b = 20.0; // 显式实例化 Add<int>(a, b); return 0; }下面我们来看一个完整代码示例：
#include<iostream> using namespace std; template<class T> T Add(const T& left, const T& right) { return left + right; } //这样定义也是可以的，但是必须显示实例化 //否则*ptr的类型无法知道 template<class T> void Func(size_t n) { T* ptr = new T[n]; cout << ptr << '\n'; //…… } int main(void) { int a1 = 10, a2 = 20; double d1 = 10.1, d2 = 20.1; //显示实例化 //先解决一下上面提到过的那个问题 cout << Add<int>(a1, d2) << endl; cout << Add<double>(a1, d2) << endl; Func<int>(10); Func<double>(10); return 0; }注意：使用显示实例化时，如果传入的参数类型与模板参数类型不匹配，编译器会尝试进行隐式类型转换，如果无法转换成功，则编译器将会报错。
2.5 模板函数的匹配原则：
2.5.1 原则一：
- 一个非模板函数可以和一个同名的函数模板同时存在，而且该函数模板还可以被实例化为这个非模板函数。
#include<iostream> using namespace std; // 专门处理int的加法函数 int Add(int left, int right) { return left + right; } // 通用加法函数 template<class T> T Add(T left, T right) { return (left + right) * 10; } int main() { int a1 = 10, a2 = 20; double d1 = 10.1, d2 = 20.1; cout << Add(a1, a2) << endl;//与非模板函数匹配，编译器不需要特化 cout << Add<int>(a1, a2) << endl;//调用编译器特化的Add版本 return 0; }2.5.2 原则二：
- 对于非模板函数和同名函数模板，如果其他条件都相同，在调动时会优先调用非模板函数而不会从该模板产生出一个实例。如果模板可以产生一个具有更好匹配的函数， 那么将选择模板
#include<iostream> using namespace std; // 专门处理int的加法函数 int Add(int left, int right) { return left + right; } // 通用加法函数 template<class T1, class T2> T1 Add(T1 left, T2 right) { return left + right; } void Test() { Add(1, 2); // 与非函数模板类型完全匹配，不需要函数模板实例化 Add(1, 2.0); // 模板函数可以生成更加匹配的版本，编译器根据实参生成更加匹配的Add函数 }2.5.3 原则三：
- 模板函数不允许自动类型转换，但普通函数可以进行自动类型转换。
三、类模板
3.1 类模板的定义格式：
template<class T1, class T2, ..., class Tn>class 类模板名{ // 类内成员定义};
具体使用：
#include<iostream> using namespace std; //typedef int T;该功能与模板类似 template<class T> class Stack { public: Stack(size_t n = 4) :_a(new T[n]) , _top(0) , _capacity(n) { } private: T* _a; size_t _top; size_t _capacity; }; int main() { //这里必须显示实例化，指明对象 Stack<int> st1; // 存int Stack<double> st2; // 存double return 0; }注意：
- 类模板中的成员函数若是放在类外定义时，需要加模板参数列表。
- 并且模板不支持声明和定义分离。即声明在xxx.h文件中，而定义却在xxx.cpp文件中。
//泛型编程 //模板不支持声明和定义分离定义.h 和 .cpp template<class T> class Stack { public: //Stack(size_t n = 4) // :_a(new T[n]) // , _top(0) // , _capacity(n) //{} //void Push(const T& x) //{ // // 扩容 // // ... // _a[_top++] = x; //} Stack(size_t n = 4); void Push(const T& x); private: T* _a; size_t _top; size_t _capacity; }; template<class T> Stack<T>::Stack(size_t n) :_a(new T[n]) , _top(0) , _capacity(n) { //... } template<class T> void Stack<T>::Push(const T& x) { // 扩容 // ... _a[_top++] = x; } //也可以使用缺省值 template<class T = int> class A { public: T x1; T x2; }; template<class T1, class T2 = int> class B { public: T1 x1; T2 x2; }; int main() { // 显示实例化 Stack<int> st1; // 存int st1.Push(1); st1.Push(2); st1.Push(3); Stack<double> st2; // 存double st2.Push(1.1); st2.Push(2.1); st2.Push(3.1); A<> aa1; //<>必须带着 A<double> aa2; B<double> bb1; B<double, double> bb2; return 0; }3.2 类模板的实例化：
类模板实例化与函数模板实例化不同，类模板实例化需要在类模板名字后跟<>，然后将实例化的类型放在<>中即可，类模板名字不是真正的类，而实例化的结果才是真正的类。
// Stack是类名，Stack<int>才是类型 Stack<int> st1; // int Stack<double> st2; // double本篇博客的完整原代码：
往期回顾：
C/C++ 内存管理：从 malloc/free到new/delete，原理区别全讲透，程序再也不崩溃-ZEEKLOG博客
C++ 类和对象（五）：初始化列表、static、友元、内部类等7大知识点全攻略-ZEEKLOG博客
C++ 类和对象（四）：const成员函数、取地址运算符重载全精讲-ZEEKLOG博客
结语
通过本次学习，相信大家已经掌握了 C++ 函数模板和类模板的核心用法，这也是泛型编程的入门关键。日常开发中活用这两个工具，能有效让代码适配多类型、告别冗余，后续再结合模板特化等进阶内容深入学习，你的 C++ 代码编写效率会再上一个台阶。如果文章对你有帮助的话，欢迎评论，点赞，收藏加关注，感谢大家的支持。
