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一 泛型编程1.定义2. 引入 二 函数模板1. 函数模板的概念2. 函数模板的格式3.函数模板的原理4.函数模板的实例化5.显式实例化6.模板参数的匹配原则 三 类模板1.类模板的定义格式2.类模板的实例化

一 泛型编程

1.定义

泛型编程（Generic Programming）是一种编程范式，它旨在编写与数据类型无关的代码。通过这种方式，程序员可以编写出灵活且可重用的代码，这些代码可以对不同类型的数据进行操作，而无需为每种数据类型编写特定的代码。泛型编程主要依赖于模板（Templates）来实现，模板是一种允许程序员在一种类型不确定的情况下，编写通用的代码。

2. 引入

C语言中想要实现两个数进行交换可以用 异或，或者用临时变量tmp。

比如我们想要交换a，b的值，可以用一个Swap函数

void Swap(int *a,int *b){ //用指针的方法int tmp=*a;*a=*b;*b=tmp;}void Swap1(int& a,int &b){ //用引用的方法int tmp=a;a=b;b=tmp;}int main(){ int a=0,b=1;Swap(&a,&b);return 0;}

但是如果我又想要交换两个double类型的变量，怎么办？再写一个double* 的Swap？那我又想要交换char类型的呢？是不是还要写，这样是不是很麻烦。哎！我们前面学了函数重载，但如果再有一种类型是不是还要再写一遍？

使用函数重载虽然可以实现，但是有一下几个不好的地方：

重载的函数仅仅是类型不同，代码复用率比较低，只要有新类型出现时，就需要用户自己增加对应的函

数代码的可维护性比较低，一个出错可能所有的重载均出错

那能否告诉编译器一个模子，让编译器根据不同的类型利用该模子来生成代码呢？

如果在C++中，也能够存在这样一个模具，通过给这个模具中填充不同材料(类型)，来获得不同材料的铸件

(即生成具体类型的代码），那将会节省许多头发。巧的是前人早已将树栽好，我们只需在此乘凉。

泛型编程：编写与类型无关的通用代码，是代码复用的一种手段。模板是泛型编程的基础。

这时 函数模板就派上用场了。

二 函数模板

1. 函数模板的概念

函数模板代表了一个函数家族，该函数模板与类型无关，在使用时被参数化，根据实参类型产生函数的特定

类型版本。

2. 函数模板的格式

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

即：返回值类型 函数名(参数列表){}

例如：

template <typename T>void Swap(T& left,T& right)//注意right不要写错啦，刚刚就写错了{ T tmp=left;left=right;right=tmp;}int main(){ int a=1,b=2;double c=3.0,d=4.0;char e='x',f='y';Swap(a, b);Swap(c, d);Swap(e, f);cout<<a<<b<<endl;cout<<c<<d<<endl;cout<<e<<f<<endl;return 0;}

注意

template 是定义模板的关键字，也可以使用class(切记：不能使用struct代替class)。后面跟的是尖括号 < >typename 是用来定义模板参数的关键字T 是函数名，可以自己取

函数模板不是一个实在的函数，编译器不能为其生成可执行代码。定义函数模板后只是一个对函数功能框架的描述，当它具体执行时，将根据传递的实际参数决定其功能

❓再仔细思考，以上这三个Swap调用的是同一个函数吗？

答案：不是！但是调用的是同一个函数模板。调用Swap(a, b);时，编译器会为int类型实例化一个Swap函数。调用Swap(c, d);时，编译器会为double类型实例化一个Swap函数，以及当你调用Swap(e, f);时，为char类型实例化一个。尽管这些实例化的函数在内部处理不同类型的数据，但它们都是从同一个函数模板生成的。

3.函数模板的原理

函数模板是一个蓝图，它本身并不是函数，是编译器用使用方式产生特定具体类型函数的模具。所以其实模

板就是将本来应该我们做的重复的事情交给了编译器.

在编译器编译阶段，对于模板函数的使用，编译器需要根据传入的实参类型来推演生成对应类型的函数以供

调用。比如：当用double类型使用函数模板时，编译器通过对实参类型的推演，将T确定为double类型，然

后产生一份专门处理double类型的代码，对于字符类型也是如此。

4.函数模板的实例化

概念：用不同类型的参数使用函数模板时，称为函数模板的实例化。模板参数实例化分为：隐式实例化和显式实例化。隐式实例化：让编译器根据实参推演模板参数的实际类型

来看看以下代码

tmplate <class T>T Add(const T& left,const T& right){ return left+right}int main(){ int a=1,b=0;double c=1.0,b=2.0;Add(a,b);Add(c,d);return 0;}

无法运行，编译器报错

该语句不能通过编译，因为在编译期间，当编译器看到该实例化时，需要推演其实参类型

通过实参a1将T推演为int，通过实参d1将T推演为double类型，但模板参数列表中只有一个T，

编译器无法确定此处到底该将T确定为int 或者 double类型而报错

注意：在模板中，编译器一般不会进行类型转换操作，因为一旦转化出问题，编译器就需要背黑锅

Add(a1, d1);这样写就不行

此时有两种处理方式：1. 用户自己来强制转化 2. 使用显式实例化

Add(a, (int)d); //强制类型转换

5.显式实例化

概念：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

int main(){ int a = 10;double b = 20.13;cout << Add<int>(a, b) << endl;cout << Add<double>(a, b) << endl;return 0;}

如果类型不匹配，编译器会尝试进行隐式类型转换，如果无法转换成功编译器将会报错。

像 double 和 int 这种相近的类型，是完全可以通过隐式类型转换的。

6.模板参数的匹配原则

一个非模板函数可以和一个同名的函数模板同时存在，而且该函数模板还可以被实例化为这个非模板函

数

//普通函数int Add(int left, int right){ return left + right;}// 函数模板template<class T>T Add(T left, T right){ return left + right;}int main(){ // 匹配调用原则：// 1、合适匹配的情况下，有现成的就吃现成// 2、没有就将就吃// 3、有更合适就吃更合适的，哪怕要自己现做cout<<Add(1, 2)<<endl;cout<<Add<int>(1,2)<<endl;cout<<Add(1.1, 2.2)<<endl;return 0;}

看看这个代码是否运行的了？

template<class T>T* func(int n){ return new T[n];}int main(){ //func<double>(10);func(10);return 0;} 答案是否。

模板函数 func 的调用中，没有提供足够的信息来让编译器推断出 T 的类型。在模板函数 func 的定义中，T 只出现在返回类型中，而函数的参数列表中并没有包含 T 类型的参数。因此，当编译器看到 func(10) 这样的调用时，它无法仅根据整数参数 10 来推断出 T 应该是什么类型。整数可以与任何类型的数组大小相匹配，所以不足以确定 T。

所以修改为

func<double>(10); 对于非模板函数和同名函数模板，如果其他条件都相同，在调动时会优先调用非模板函数而不会从该模

板产生出一个实例。如果模板可以产生一个具有更好匹配的函数， 那么将选择模板

// 专门处理int的加法函数int Add(int left, int right){ return left + right;}// 通用加法函数template<class T1, class T2>T1 Add(T1 left, T2 right){ return left + right;}void Test(){ Add(1, 2); // 与非函数模板类型完全匹配，不需要函数模板实例化Add(1, 2.0); // 模板函数可以生成更加匹配的版本，编译器根据实参生成更加匹配的Add函数} 模板函数不允许自动类型转换，但普通函数可以进行自动类型转换

在 C++ 中，模板函数不允许自动类型转换，这是因为模板函数的参数类型是在编译时确定的，而编译器无法在编译时确定如何进行类型转换。相反，普通函数可以进行自动类型转换，因为它们的参数类型是明确的，编译器可以根据需要执行类型转换。

void swap(int& a, int& b) { int temp = a; a = b; b = temp;}// 模板函数不支持自动类型转换template <typename T>void swapTemplate(T& a, T& b) { T temp = a; a = b; b = temp;}int main() { int x = 5; double y = 3.14; cout << "Before swapping: x = " << x << ", y = " << y << endl; // 使用模板函数尝试交换 x 和 y 的值，会导致编译错误 swapTemplate(x, y); cout << "After swapping: x = " << x << ", y = " << y << endl; return 0;}

定义和声明分离：

也可以声明定义分离，不同的是模板参数声明定义都要给

另外：

将模板的声明和定义分别放在不同的文件中（例如，声明在头文件中，定义在实现文件中）会导致链接时问题

三 类模板

1.类模板的定义格式

引入

比如下面的Stack类，如果我们指定它是int，那就是存整型的栈，如果把int改为double就是存double类型的栈，在之前也可以用typedef来解决

class Stack { public:Stack(int capacity = 4) : _top(0) , _capacity(capacity) { _arr = new int[capacity];}~Stack() { delete[] _arr;_arr = nullptr;_capacity = _top = 0;}private:int* _arr;int _top;int _capacity;};

但最大的问题是不能同时存储两个类型

int main(){ Stack st1;//我们想存int数据Stack st2;//我们想存double数据return 0;}

只能写两个栈，除了类型不一样其他都差不多，很麻烦。函数能用模板，类也能，下面就来讲解一下类模板。

格式

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

这样就能解决以上的问题

template<class T>class Stack { public:Stack(T capacity = 4): _top(0), _capacity(capacity) { _arr = new T[capacity];}~Stack() { delete[] _arr;_arr = nullptr;_capacity = _top = 0;}private:T* _arr;int _top;int _capacity;};int main(void){ Stack st1; // 存储intStack st2; // 存储doublereturn 0;}

可是为什么会报错呢？接着看

2.类模板的实例化

类模板实例化与函数模板实例化不同，类模板实例化需要在类模板名字后跟<>，然后将实例化的类型放在<>中即可，类模板名字不是真正的类，而实例化的结果才是真正的类。

类名<类型> 变量名;

这样之后才对

Stack<int> st1; // 指定存储intStack<double> st2; // 指定存储double 注意！！！ 普通类：类名就是类型

类模板实例化的类：类名不是类型，类名<数据类型> 才是整个类的类型类名<类型>显示实例化的类型不同，他们就是不同的类。st1 = st2; 这样写就是错的。类模板中的函数在类外定义的时候需要加上 模板参数列表，以及 用类型指明类域

下面用以下的代码解释注意事项

template<class T>class Stack{ public://构造函数 (函数名和类名相同，不是类型名) 不写Stack<>Stack(int n = 4);//声明~Stack(){ cout << "~Stack" << endl;delete[] _a;_a = nullptr;_top = _capacity = 0;}void Push(const T& x){ //...}private:T* _a;int _top;int _capacity;};//声明和定义分离的话要这样写（也不能放到两个文件，只能放到一个文件里，至于为何模板进阶的时候会讲）//定义template<class T> //←记得加模板参数列表Stack<T>::Stack(int n) // 要指定 属于这个类域{ cout << "Stack(int n=4)" << endl;_a = new T[n];_top = 0;_capacity = n;}int main(){ // 类模板都是显示实例化Stack<int> st1; Stack<double> st2;return 0;}

函数模板的进阶内容留到后面 函数模板(2)进行讲解。

最后的最后，创作不易，希望读者三连支持💖

赠人玫瑰，手有余香💖