C++模板实战：函数与类模板的核心用法与细节

每次增加新类型就得添一个重载，改算法还得动所有版本。下面用模板来统一处理：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

template <typename T>
T max(T a, T b) {
    cout << "template version for " << typeid(T).name() << "\n";
    return a > b ? a : b;
}

int main() {
    cout << max(3, 5) << "\n";
    cout << max(3.14, 2.7) << "\n";
    cout << max("hello", "world") << "\n";
    cout << max('a', 'b') << "\n";
    return 0;
}

一份代码覆盖所有支持 > 的类型，编译器为每种实际类型生成具体的函数，效率跟手写重载一样。

函数模板

模板定义以关键词 template 开头，后面跟上模板参数列表。参数可以用 class 或 typename，习惯上多用 typename。

// 交换两个数
template<class T>
void Swap(T& a, T& b) {
    T temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

// 多参数版本
template<class T1, class T2>
void func(const T1& x, const T2& y) {
    cout << x << " " << y << endl;
}

模板本身不是函数，是编译器用来生成函数的'配方'。

隐式与显式实例化

隐式实例化就是让编译器根据实参推导类型：

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

int main() {
    int a1 = 10, a2 = 20;
    double d1 = 10.0, d2 = 20.0;
    Add(a1, a2);   // T 推导为 int
    Add(d1, d2);   // T 推导为 double
    return 0;
}

但如果你混着传 Add(a1, d1)，编译器就犯难了——没法把 int 和 double 统一成一个 T，它也不会帮你隐式转换。解决办法有两个：手动强转 Add(a1, (int)d1)，或者显式指定 Add<int>(a1, d1)，后者会把 d1 截成 int（可能有精度损失）。

显式实例化就是直接告诉编译器用哪个类型：

Add<int>(a1, d1);

与非模板函数的匹配

如果有个同名的普通函数，模板并不总是靠边站。规则大致是：先看看有没有完美匹配的非模板；如果没有，才考虑模板实例化。

int Add(int left, int right) { return left + right; }  // 普通函数
template<class T1, class T2> T1 Add(T1 left, T2 right) { return left + right; }

void Test() {
    Add(1, 2);       // 匹配普通函数，类型完全吻合
    Add(1, 2.0);     // 普通函数不匹配，模板上
}

混合使用重载和模板时，这个优先级值得记住。

类模板

类模板也不是真正的类，它描摹了一个类家族，必须绑上具体类型才变成真实的类。

template <typename T>
class Stack {
public:
    void push(const T& x);
    T pop();
private:
    T data[100];
    int top;
};

成员函数在类外定义要带上模板前缀：

template <typename T>
void Stack<T>::push(const T& x) {
    data[++top] = x;
}

template <typename T>
T Stack<T>::pop() {
    return data[top--];
}

类模板必须显式实例化，不像函数模板那样可以靠参数推导。例如 Stack<int> 和 Stack<double> 是两种独立的类型。

一个自带扩容的栈

template<class T>
class Stack {
public:
    Stack(int n = 4) : _array(new T[n]), _capacity(n), _size(0) {}
    ~Stack() { delete[] _array; }

    void Push(const T& x) {
        if (_size == _capacity) {
            int newCapacity = _capacity * 2;
            T* tmp = new T[newCapacity];
            memcpy(tmp, _array, _capacity);
            delete[] _array;
            _array = tmp;
            _capacity *= 2;
        }
        _array[_size++] = x;
    }

private:
    T* _array;
    size_t _capacity;
    size_t _size;
};

int main() {
    Stack<int> st1;
    st1.Push(1);
    st1.Push(2);

    Stack<double> st2;
    st2.Push(1.1);
    st2.Push(1.2);

    return 0;
}

注意：Push 里用了 memcpy 扩容，这只对平凡类型（如 int、double）安全。如果你的栈保存的是有构造函数或虚表的对象，最好改用 std::copy 或者逐个移动构造，否则会引发未定义行为。很多教学示例会这样写，实际工程里要谨慎。