C++ 模板编程入门：函数与类模板详解

在实际调用时，我们不需要关心具体类型，直接传参即可：

int main() {
    int a = 0, b = 1;
    double c = 1.1, d = 2.2;
    Swap(a, b);
    Swap(c, d);
    // Date d1(1949, 10, 1), d2(2015, 7, 3);
    Func(1, 2);
    Func(1, 2.2);
    return 0;
}

底层机制上，调用的是模板实例化出的函数。简单来说，就是把本该由我们手动编写的重复工作交给了编译器去处理。

其实 C++ 标准库已经内置了这些功能（如 std::swap），通常不需要自己手写，直接使用即可。

int main() {
    int a = 0, b = 1;
    double c = 1.1, d = 2.2;
    swap(a, b); // 使用标准库
    swap(c, d);
    return 0;
}

2. 函数模板的实例化

模板不会立即生成代码，只有在被调用时才会实例化。主要有两种方式：

• 隐式实例化：编译器根据实参自动推演模板参数的实际类型。
• 显示实例化：在函数名后的 < > 中显式指定模板参数的实际类型。

template<typename T>
T Add(const T& left, const T& right) {
    return left + right;
}

template<typename T>
T* Alloc(int n) {
    return new T[n];
}

int main() {
    int a1 = 10, a2 = 20;
    double d1 = 10.1, d2 = 20.2;
    
    cout << Add(a1, a2) << endl;
    cout << Add(d1, d2) << endl;
    
    // 以下报错：编译器无法确定 T 的类型
    // cout << Add(a1, d1) << endl;
    
    // 解决方案 1: 用户强制转换
    // 注意：Add 参数加了 const，因为类型转换会产生临时变量
    cout << Add(a1, (int)d1) << endl;
    cout << Add((double)a1, d1) << endl;
    
    // 解决方案 2: 显示实例化
    cout << Add<int>(a1, d1) << endl;
    cout << Add<double>(a1, d1) << endl;
    
    // 有些函数无法自动推演，只能显示实例化
    double* p1 = Alloc<double>(10);
    return 0;
}

二、类模板

类模板的定义与普通类类似，但类名和类型并不完全一致。例如普通类叫 Stack，而类模板实例化后是 Stack<T>。

template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 类模板名
{
    // 类内成员定义
};

关键点：构造函数不一定能利用模板参数进行推演，因此类模板通常都需要显示实例化。

template<class T>
class Stack {
public:
    Stack(int capacity = 4) {
        _a = new T[capacity];
        _capacity = capacity;
        _size = 0;
    }

    void Push(const T& data) {
        // CheckCapacity();
        _a[_size] = data;
        _size++;
    }

    ~Stack() {
        if (_a) {
            delete[] _a; // 修正：new[] 对应 delete[]
            _a = nullptr;
            _capacity = 0;
            _size = 0;
        }
    }

private:
    T* _a;
    int _capacity;
    int _size;
};

int main() {
    Stack<int> s1;      // 正确
    // Stack<double> s2; // 正确
    // Stack<char> s3;   // 正确
    // Stack<int, double> s4; // 多个模板参数需同时指定
    return 0;
}

关于类模板的声明和定义分离：虽然可以分开写，但最好不要将声明和定义拆分到两个文件中，否则容易引发编译错误（这涉及到模板实例化的时机问题，后续章节会深入讲解）。

模板是 C++ 泛型编程的核心工具，理解其工作原理对于编写高效、通用的组件至关重要。掌握实例化机制和内存管理细节，能让你在实战中避免许多潜在的坑。