C++ 模板编程入门：函数与类模板详解

编译器会根据实参推导出模板参数的实际类型，生成具体的函数实例。这相当于把原本需要手动编写的重复工作交给了编译器。

在实际开发中，C++ 标准库已经提供了许多常用的模板函数（如 std::swap），通常无需自行编写，直接使用即可。

2. 函数模板的实例化

实例化分为隐式实例化和显示实例化两种情况。

• 隐式实例化：让编译器根据实参推演模板参数的实际类型。
• 显示实例化：在函数名后的 < > 中指定模板参数的实际类型。

示例：

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;
    
    // 隐式实例化成功
    cout << Add(a1, a2) << endl;
    cout << Add(d1, d2) << endl;
    
    // 类型不匹配导致无法推演
    // cout << Add(a1, d1) << endl; // 报错：编译器无法确定 T 的类型
    
    // 解决方案 1：用户强制转换
    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;
    
    // 某些函数无法自动推演，只能显示实例化
    double* p1 = Alloc<double>(10);
    return 0;
}

提示： 类型转换会产生临时变量。如果函数参数使用了 const T&，则可以直接绑定临时对象，否则可能需要调整参数声明以支持右值或临时值。

二、类模板

类模板的定义与普通类类似，但需要在类名前加上模板参数列表。

基本语法：

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

区别：

• 普通类：类名和类型一致。
• 类模板：类名固定，具体类型由模板参数决定（例如 Stack 是类名，Stack<int> 才是类型）。

实例化注意事项： 由于构造函数不一定能仅通过参数推演出所有模板参数，类模板通常都需要进行显示实例化。

示例：

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; // 使用 delete[] 释放 new[] 分配的内存
            _a = nullptr;
            _capacity = 0;
            _size = 0;
        }
    }

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

int main() {
    Stack<int> s1;
    Stack<double> s2;
    Stack<char> s3;
    return 0;
}

关于声明与定义的分离： 类模板的声明和定义最好不要分离到两个文件中。因为模板是在编译期实例化的，如果定义在 .cpp 文件中且未显式实例化，其他文件包含头文件时可能找不到定义而导致链接错误。因此，通常建议将类模板的实现直接写在头文件中。

掌握模板机制后，你可以更灵活地编写通用数据结构与算法，这是深入理解 C++ 标准库的关键一步。