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🤣本文内容🤣：🍭介绍C++泛型编程的函数模板 🍭

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目录

🎄一、概述✨1.1 函数模板是什么？为什么需要函数模板？

🎄二、函数模板的定义🎄三、函数模板的使用🎄四、函数模板的局限性与特化🎄五、函数模板的重载🎄六、总结

🎄一、概述

介绍函数模板之前，先了解一下泛型编程。

泛型编程是一种编程范式，它强调在编写代码时 尽可能地使算法和数据结构独立于所处理的数据类型。

在泛型编程中，使用泛型（通常通过模板在 C++ 等语言中实现）来创建可以处理多种不同类型数据的通用函数、类和数据结构，而无需为每种具体的数据类型单独编写重复的代码。其主要优点包括：

提高代码的复用性：一次编写的泛型代码可以用于多种不同的数据类型，减少了重复开发。增强代码的可读性和可维护性：因为通用的逻辑被集中在一个地方，而不是分散在针对不同类型的多个实现中。提高程序的灵活性：可以轻松地适应新的数据类型，而无需对现有代码进行大量修改。

✨1.1 函数模板是什么？为什么需要函数模板？

模板是 C++中泛型编程的基础。函数模板可以说是一个创建函数的蓝图或公式，在代码编译期间按照调用方式转换成特定类型的函数。

🌰先看个例子，我们写一个函数比较两个值，如果有多个类型，我们可能需要重载，像下面代码一样：

<code>int compare(const string &v1, const string &v2)

{

if (v1 < v2) return -1;

if (v2 < v1) return 1;

return 0;

}

int compare(const double &v1, const double &v2)

{

if (v1 < v2) return -1;

if (v2 < v1) return 1;

return 0;

}

这两个函数几乎是相同的，唯一的差异是参数的类型，函数体则完全一样。对于这种只有类型差异的函数，我们就可以使用函数模板来编写代码，让编译器根据调用时使用的参数类型去帮我们转换成对应的函数。这样可以避免写相同的代码。

🎄二、函数模板的定义

函数模板定义的格式：

<code>template<typename T1, typename T2,......,typename Tn>

返回值类型 函数模板名(参数列表)

{

//……

}

注意：typename是用来定义模板参数关键字，也可以使用class(切记：不能使用struct代替class)

函数模板的定义看起来与普通函数相似，但使用了模板参数。模板参数通常放在尖括号 <> 内。以下是上个小节compare函数的函数模板：

template<typename T>

int compare(const T &v1, const T &v2)

{

if (v1 < v2) return -1;

if (v2 < v1) return 1;

return 0;

}

我们看看函数模板是怎样定义的：

1、使用关键字 template 表示定义一个模板；2、template 后面是使用尖括号<>的模板参数列表，这是用逗号分隔的零个或多个模板参数；3、模板参数列表里可以使用关键字typename或class来传递一个类型，一般使用typename。之所以会有class来传递类型，是因为在标准 C++98 添加关键字 typename 之前，C++使用关键字 class 来创建模板：

template<typename T, class T2>

4、在函数编写时，需要使用类型的地方，使用模板参数里面的对应类型T来替换。5、虽然类型名可以自己定义，当常见的做法，是使用T来作为类型名。6、模板参数有两种，模板类型参数(参数前使用typename或class)、非类型模板参数(使用特定类型名指定)

template<typename T, class T2, int N>

注意：模板也可以有声明，但需要将 模板参数列表 带上，并且模板的声明和定义必须在同一文件中。更常见的情形是，将模板放在头文件中，并在需要使用模板的文件中包含头文件

template<typename T> int compare(const T &v1, const T &v2); // 模板声明

...

template<typename T>// 模板定义

int compare(const T &v1, const T &v2)

{

if (v1 < v2) return -1;

if (v2 < v1) return 1;

return 0;

}

🎄三、函数模板的使用

使用函数模板时，编译器会根据传递的实际参数类型来为我们 实例化 (instantiate) 一个特定版本的函数。C++中有允许使用下面两种方式来使用函数模板：①自动推导参数类型；②指定模板参数类型。

自动推导参数类型(隐式实例化)

自动推导参数类型，是指在使用函数模板时，直接传入实参，让编译器根据传递的实际参数类型来自动生成相应的函数实例。例如下面代码：

<code>int x=5, y=6;

compare(x,y);// 编译过程中，生成 int compare(const int &v1, const int &v2)

double f=1.23, d=4.56;

compare(f,d);// 编译过程中，生成 int compare(const double &v1, const double &v2)

指定模板参数类型(显式实例化)

一般情况下，在调用函数模板时，编译器通常能够根据传递的参数自动推导模板参数的类型。但我们也可以显式指定模板参数类型，例如：

int x=5, y=6;

compare<int>(x,y);// 编译过程中，生成 int compare(const int &v1, const int &v2)

double f=1.23, d=4.56;

compare<double>(f,d);// 编译过程中，生成 int compare(const double &v1, const double &v2)

再次强调一下，函数模板并不是函数，它会在编译期间根据调用方式实例化一个函数出来，只是这个函数我们是看不到的，那怎么证明它的存在呢？你可以使用一个函数指针去指向一个函数模板的实例，然后打印出其函数地址，如下代码，最终打印出来的PFun、PFun1将会是同一个地址：

int (*PFun)(const int&, const int&) = compare<int>;

int (*PFun1)(const int&, const int&) = compare<int>;

cout << "PFun=" << (unsigned long)*PFun << ", PFun1=" << (unsigned long)*PFun1 << endl;

🌰完整例子：

// g++ 25_fun_template.cpp

#include <iostream>

using namespace std;

template<typename T> int compare(const T &v1, const T &v2); // 模板声明

int main()

{

int x=5, y=6;

int ret = compare(x,y);// 编译过程中，生成 int compare(const int &v1, const int &v2)

cout << "x=" << x << ", y=" << y << ", compare ret is " << ret << endl;code>

double f=1.23, d=4.56;

ret=compare(f,d);// 编译过程中，生成 int compare(const double &v1, const double &v2)

cout << "f=" << f << ", d=" << d << ", compare ret is " << ret << endl;code>

compare<int>(x,y);// 编译过程中，生成 int compare(const int &v1, const int &v2)

compare<double>(f,d);// 编译过程中，生成 int com1pare(const double &v1, const double &v2)

int (*PFun)(const int&, const int&) = compare<int>;// 函数指针 PFun 指向 compare<int> 函数

int (*PFun1)(const int&, const int&) = compare<int>;// 函数指针 PFun1 指向 compare<int> 函数

cout << "PFun=" << (unsigned long)*PFun << ", PFun1=" << (unsigned long)*PFun1 << endl;

return 0;

}

template<typename T>// 模板定义

int compare(const T &v1, const T &v2)

{

if (v1 < v2) return -1;

if (v2 < v1) return 1;

return 0;

}

运行结果如下：