C++ 模板核心内容与高频面试题汇总

本文整理自学习笔记，涵盖模板基础、特化、注意事项以及常见面试题，适合复习

一、模板基础

1.1 函数模板

template <typename T>
T max(T a, T b) {
    return a > b ? a : b;
}

• 编译器根据实参推导模板参数，生成具体函数（实例化）

• 可显式指定模板参数：max<int>(1, 2)

1.2 类模板

template <typename T>
class Stack {
    std::vector<T> data;
public:
    void push(const T& val) { data.push_back(val); }
    void pop() { data.pop_back(); }
    T& top() { return data.back(); }
};

• 类模板的成员函数只有在使用时才会被实例化

• 类模板不能隐式推导模板参数（C++17 起可通过构造函数推导，需显式指定）

1.3 模板参数的类型

• 类型参数 ：typename T 或 class T

• 非类型参数 ：int N、size_t N、指针、引用等（编译期常量）

• 模板模板参数 ：template <typename> class Container

二、模板特化

2.1 全特化

为特定类型提供完全不同的实现

template <>
class Stack<bool> {
    // 特殊实现
};

2.2 偏特化

只限定部分模板参数（仅适用于类模板，函数模板无偏特化，可重载）

template <typename T>
class Stack<T*> {  // 针对指针类型的偏特化
    // ...
};

2.3 函数模板重载 vs 特化

• 函数模板不能偏特化，但可以用重载实现类似效果

• 函数模板的全特化语法：

template <>
const char* max<const char*>(const char* a, const char* b) { ... }

但通常推荐使用重载而非特化函数模板，因为重载解析规则更直观

三、注意事项与常见陷阱

3.1 模板的编译与分离编译

• 模板的定义通常必须放在头文件中 ，因为编译器在实例化时需要看到完整定义

• 若想分离编译，可以显式实例化（.cpp 中 template class Stack<int>;），但不够灵活

3.2 typename 与 class 的区别

• 在声明模板参数时，两者等价

• 但在依赖类型中，必须用 typename 告诉编译器这是一个类型：

typename T::iterator it;   // 若没有 typename，编译器会认为 iterator 是静态成员

3.3 依赖名称

• 模板中依赖模板参数的名称称为依赖名称。对于非依赖名称，编译器会在第一阶段进行查找

• 使用 this-> 或 Base<T>:: 来限定依赖基类中的名称

• 函数模板通常被隐式视为 inline，但这不是强制的，编译器自行决定。

四、高频面试题

Q1：函数模板与普通函数重载时，哪个优先？

A：普通函数优先。如果存在完全匹配的普通函数，则不会实例化函数模板

void max(int, int);
template <typename T> void max(T, T);
max(1, 2);  // 调用普通函数

Q2：类模板的成员函数何时实例化？

A：只有被调用时才会实例化。这允许类模板只实现所需函数，未被使用的函数即使有错误也不会被编译 --按需实例化

Q3：typename 和 class 在模板参数中有什么区别？

A ：在声明模板参数时没有区别，但在依赖类型中必须用 typename，如 typename T::value_type

Q4：什么是模板的偏特化？举例说明

A ：针对部分模板参数进行特化。例如 template <typename T> class Stack<T*> 是针对指针类型的偏特化----其他参数保持原来不变

Q5：如何避免模板代码膨胀？

A：将不依赖模板参数的代码抽取到非模板基类中，或将公共部分封装到普通函数中

Q6：std::enable_if 的原理是什么？

A ：它基于 SFINAE。当条件为 true 时，enable_if 有一个公共成员 type，否则没有，导致模板实例化失败，从而移除候选

Q7：什么是"两阶段名称查找"？

A：模板在定义时对非依赖名称进行第一轮查找（不依赖模板参数），在实例化时对依赖名称进行第二轮查找

Q8：模板元编程是编译时还是运行时？

A：编译时。利用模板特化和递归在编译期完成计算，如计算斐波那契数列

Q9：template <template <typename> class Container> 的作用？

A ：模板模板参数允许将一个模板作为参数传递，例如 Stack<int, std::vector>，但 std::vector 有两个模板参数（第二参数是分配器），需注意匹配