每日一个C++知识点|模板

什么是模板

C++ 是一门多范式的编程语言，除了面向对象的特点之外，还具备泛型编程的特点，其中模板是泛型编程的核心工具

模板是一份与类型无关的通用代码，编译器会根据你传入的类型，自动推导和生成对应类型的具体代码，这个过程叫 "模板实例化"，其中模板包括函数模板和类模板

函数模板

如果不使用函数模板，实现两个值交换的函数，会根据传入参数的数据类型不同会有以下几种情况:

cpp 复制代码

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

void Swap(int &a, int &b) // 交换两个int型变量的值。
{
    int tmp = a;
    a = b;  
    b = tmp; 
}

void Swap(double& a, double& b) // 交换两个double型变量的值。
{
    double tmp = a;
    a = b; 
    b = tmp; 
}

void Swap(string& a, string& b) // 交换两个string型变量的值。
{
    string tmp = a;
    a = b; 
    b = tmp; 
}

由上述代码所示，对每一种数据类型的交换，明明是函数逻辑相同，但都要重复写一遍，这种代码方式明显是不高效的，如果用函数模板的方法应该怎么写呢?下面让我们来了解以下函数模板

函数模板是用于实现通用函数，避免因为参数数据类型不同而重复写相同逻辑的代码

基础语法

函数模板的基本使用方法如下

cpp 复制代码

template <typename T>  
返回值类型 函数名(参数列表) {
    // 函数逻辑（用T表示任意类型）
}

其中template是模板关键字，用于声明接下来的代码是一个模板,typename是类型参数的声明符，用于声明后面的标识符是一个 "类型参数"，T是你自定义的类型参数名，是一个 "类型占位符"，代表任意数据类型

下面我们用参数模板的方法来简化上述交换函数的代码

cpp 复制代码

template <typename T>  
void Swap(T& a, T& b) { 
    T tmp = a; 
    a = b;
    b = tmp;
}

使用函数模板，短短几行代码，就可以实现上述三个不同数据类型的参数的交换函数，这就是使用模板函数带来的价值

多个类型参数的情况

上述是单个类型的参数的情况，交换的都是两个相同类型的函数，如果要交换的是两个不同类型的参数应该怎么做呢?可以使用多个类型参数的情况的函数模板，下面用代码进行举例:

cpp 复制代码

// 两个类型参数：T1和T2
template <typename T1, typename T2>
void printPair(T1 a, T2 b) {
    cout << a << " " << b << endl;
}

// 使用时，T1=int，T2=string
printPair(10, "hello");
// T1=double，T2=bool
printPair(3.14, true);

通过以上代码，我们也可以实现传递两个不同类型参数的函数模板，总之，函数模板可以极大简化我们的代码，不需因为参数类型的不同而重复多写函数逻辑相同的代码，大大提高了代码的复用

类模板

模板除了函数模板之外还有类模板，函数模板是通用函数，那么类模板就是通用类，当你给类模板指定不同的数据类型时，编译器会自动生成对应类型的具体类，这个过程就叫做类模板实例化。函数模板和类模板的区别就是函数模板可以自动推导类型，类模板必须显式指定类型，下面是它的基础用法:

cpp 复制代码

// 模板参数声明
template <class T> 
class 类模板名 {
private:
    // 成员变量可以使用类型参数T
    T m_data;
public:
    // 构造函数、成员函数的参数/返回值也可以使用T
    类模板名(T data) : m_data(data) {}
    T getData(); // 成员函数声明
};

// 类模板的成员函数在类外定义时，需要重新声明模板参数
template <class T>  // 第二处修改：typename → class
T 类模板名<T>::getData() {
    return m_data;
}

以上就是类模板的基础用法，template类模板的声明的关键字，class为模板类型参数声明符，声明后面的标识符T是一个类型参数，T是自定义的模板类型参数名，代表任意数据类型的"占位符"，下面用具体的代码进行举例说明:

cpp 复制代码

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

// 类模板：通用图形类（T表示尺寸的数据类型，如int、double）
template <typename T>
class Shape {
private:
    string m_name;  // 图形名称（如"圆形"、"正方形"）
    T m_size;       // 图形的尺寸（T为类型参数：圆的半径/正方形的边长，类型可以是int/double）
public:
    // 构造函数：初始化图形名称和尺寸
    Shape(string name, T size) : m_name(name), m_size(size) {}

    // 成员函数：修改图形的尺寸
    void setSize(T size) {
        m_size = size;
    }

    // 成员函数：获取图形的尺寸
    T getSize() {
        return m_size;
    }

    // 成员函数：显示图形的信息（简单的输出功能）
    void showInfo() {
        cout << "图形：" << m_name << "，尺寸（半径/边长）：" << m_size << endl;
    }
};

上述代码中，用模板类型 T 表示图形的尺寸数据类型

在代码中函数模板和类模板其中一个显著的区别是T在函数模板中充当参数的类型，在类模板中充当类的成员变量和成员函数的类型，同时，类模板必须显式指定类型，函数模板可自动推导类型，这是二者最直观的区别

标准模板库STL

STL 是C++标准库的核心部分，它完全基于模板实现，为开发者提供了现成的、通用的容器、算法、迭代器等组件，是模板泛型编程的终极实战成果，由于篇幅所限，这里就不展开讲，感兴趣的话可以观看往期的内容《每日一个C++知识点|STL基础》，那里有详细说明

总结

C++ 模板分为函数模板和类模板，核心是用类型参数T实现代码的通用性，让一份代码适配不同类型
模板的关键是编译期实例化：编译器根据指定的具体类型，生成对应版本的函数或类
函数模板可自动推导类型，类模板必须显式指定类型
STL是完全基于模板实现的C++标准库

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