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C++模板基础语法全解析：从函数模板到类模板实战指南
08/21
一、为什么需要模板？
在传统C++中，当我们需要实现功能相似但参数类型不同的函数时，往往需要编写多个重载版本。例如交换两个整数的swap(int&, int&)和交换两个浮点数的swap(float&, float&)，尽管函数体逻辑完全相同，却要重复编写代码。模板的出现正是为了解决这种代码冗余问题，实现真正的泛型编程。
二、函数模板基础语法
2.1 基本声明格式
cpp
template <typename T>
void swap(T& a, T& b) {
T temp = a;
a = b;
b = temp;
}
- template：模板声明关键字
- <typename T>：模板参数列表（也可用class替代typename）
- T：类型参数，表示任意数据类型
2.2 模板实例化的两种方式
隐式实例化（编译器自动推导）：
cpp int x = 1, y = 2; swap(x, y); // 编译器生成swap<int>版本显式实例化（手动指定类型）：
cpp double m = 1.1, n = 2.2; swap<double>(m, n); // 强制生成double版本
2.3 多参数模板
cpp
template <typename T1, typename T2>
void printPair(T1 first, T2 second) {
std::cout << first << " : " << second << std::endl;
}
使用时：
cpp
printPair<std::string, int>("Age", 25);
三、类模板深度解析
3.1 类模板声明
cpp
template <typename T>
class Stack {
private:
std::vector<T> elements;
public:
void push(const T& element);
T pop();
};
3.2 成员函数定义
类外定义成员函数需重复模板声明：
cpp
template <typename T>
void Stack<T>::push(const T& element) {
elements.push_back(element);
}
3.3 类模板实例化
必须显式指定类型参数：cpp
Stack
stringStack.push("Hello");
Stack
intStack.push(42);
四、模板实战技巧
4.1 非类型模板参数
cpp
template <typename T, int size>
class FixedArray {
T arr[size];
// ...
};
使用：
cpp
FixedArray<double, 10> temperatureData;
4.2 模板特化（特殊处理特定类型）
cpp
template <>
class Stack<bool> { // 对bool类型的特化版本
// 实现位压缩存储等特殊逻辑
};
4.3 模板与头文件
模板的声明和定义通常都放在.hpp头文件中，因为编译器需要在实例化时看到完整定义。
五、常见问题解决方案
- 链接错误：确保模板定义对实例化代码可见
- 编译时间过长：使用显式实例化减少重复编译
- 类型约束：C++20起可用
concept约束模板参数
通过系统掌握模板技术，开发者可以编写出更灵活、更通用的C++代码。建议从简单函数模板开始实践，逐步过渡到复杂类模板的设计，最终实现STL级别的泛型编程能力。
