C++:模板

一.初识泛型编程

不难看出以上代码存在的问题：
 1. 重复冗余：针对 int 、 double 、 char 类型，交换逻辑完全一致，却要编写多份函数，增加代码量与维护成本，违背“避免重复”的编程原则 。
2. 扩展性差：若后续需支持新类型（如 string 等），必须再编写对应的重载函数，无法灵活适配新增类型，可维护性低 。
3. 未体现泛型优势：未借助C++模板机制简化代码，仍依赖手动编写重载，没能发挥泛型编程提升代码复用性、通用性的价值 。

    就以上问题C++,提出来泛型编程与模板的概念。

C++ 里的泛型编程，简单说就是 用“模板”当“万能模具” ，让一套代码能处理不同类型数据 。

你可以把模板想成做月饼的模具，不管要做豆沙馅、蛋黄馅月饼（对应不同数据类型，像  int 、 double  ），用同一个模具（模板）就行，不用为每种馅重新做模具。

写代码时，用  template  定义模板，里面用  T （或其他名字）当“类型占位符” 。比如写交换函数，不用给  int  、 double  分别写，搞个模板函数，让编译器根据传入的数据，自动把  T  换成对应类型，生成专属代码。

这样做能 少写重复代码 （一套逻辑适配所有类型），还能 保证类型安全 （编译器会检查类型对不对），像 STL 里的  vector 、 map  这些容器，底层就靠泛型模板实现，不管存  int  还是  string  ，都用同一套框架，特方便！

模板分为以下两类：函数模板和类模板

 

 

 

二.函数模板

1.函数模板定义

C++函数模板是泛型工具，用“模板参数”适配多种类型，一套逻辑处理不同数据，省重复代码。

 以上 C++ 函数模板定义。用  template<typename T>  声明， T  是类型参数，代表任意类型。定义  Swap  函数时，用  T  适配不同类型，调用时编译器依据实参自动推导  T  具体类型，生成对应函数，实现一套代码处理多种类型交换，体现泛型编程复用性。

  （注：处理使用typename关机自定义模板参数，还可以用class定义模板参数，但不能用struct定义）

 

2.函数模板的原理

函数模板相当于一个模具，本身并不是函数。

以上是 C++ 函数模板的类型推导与实例化流程示意：
1. 调用触发推导： main  里调用  Swap(d1,d2) （ double  类型）、 Swap(i1,i2) （ int  类型）、 Swap(a,b) （ char  类型）时，编译器会根据实参类型推导  T  。
2. 生成专属函数：推导后，编译器为每种类型自动生成对应函数（如  double  版  Swap  用  double  替换  T  ， int  版同理 ），实现“一套模板、多份实例”，既复用逻辑，又保证类型适配，体现泛型编程的灵活与高效。

 

3.函数模板的实例化

用不同类型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 。

 

（1）隐式实例化：让编译器根据实参推演模板参数的实际类型

 以上这段代码完美体现了 C++ 函数模板的隐式实例化，核心流程可以拆成三步理解：

 1. 模板是“蓝图”： template<typename T> void Swap(T& a, T& b)  是模板， T  是“类型占位符”，本身不是真正能运行的函数，更像一套“逻辑蓝图”。

2. 调用触发推导： main  里调用  Swap(a, b)  时，传入的  a  和  b  是  int  类型。编译器会自动推导：“哦，这里的  T  应该是  int  ”

3. 隐式生成函数：编译器悄悄帮你干了件大事 —— 根据推导结果，生成专门处理  int  类型的  Swap  函数（相当于自动写了  void Swap(int& a, int& b) { ... }  ）。这个过程完全“隐式”，你不用手动写  Swap<int>(a, b)  ，编译器默默把模板变成了能运行的具体函数。

简单说，隐式实例化就是编译器根据你传的参数类型，自动把模板“变成”对应类型的实际函数，让你写代码时不用操心类型匹配，既复用逻辑，又写得轻松。

（2）显式实例化

显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

 以上这段代码里的  Swap<int>(a, b) 、 Swap<double>(x, y)  就是 显式实例化，关键看这两点：
 
1. 手动指定类型：你在调用时，通过  <int> 、 <double>  直接告诉编译器：“用  int / double  替换模板里的  T  ！” 不像隐式实例化那样靠参数推导，这里是你主动指定类型。
2. 强制生成实例：编译器收到指令后，会专门为  int  和  double  类型生成对应的  Swap  函数（比如  Sw1. 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

简单说，显式实例化就是你直接指定模板参数类型，让编译器精准生成对应版本的函数，适合需要明确控制类型，或提前生成特定实例的场景。

4.函数模板的匹配规则

（1） 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非模板函数。

 展示了 C++ 函数模板匹配规则的典型场景。当调用  Swap(a, b)  时，因存在普通  int  版  Swap  函数，优先匹配它；调用  Swap(x, y)  时，无对应普通函数，触发模板隐式实例化生成  double  版。体现普通函数优先、模板按需实例化的匹配逻辑，帮我们理解函数模板调用时的选择机制 。

（2）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

 代码呈现 C++ 函数匹配的场景。存在模板  Add  与普通  int  版  Add ，调用时： Add(a,b)  因普通函数精准匹配优先调用； Add(a,x) 、 Add(x,y)  触发模板，编译器根据实参推导类型，实例化对应模板函数，体现函数匹配规则里普通函数优先、模板按需实例化的逻辑 。

 

三.类模板

1.类模板的定义格式

 

 以下从类模板定义格式与显式实例化角度，对代码进行讲解：

①类模板定义格式

代码中  template<class T> class stack  遵循 C++ 类模板标准定义规范。

-  template<class T>  ：作为模板参数声明， class  （也可替换为  typename  ）用于引入类型参数  T  ， T  本质是“类型占位符”，可代表  int 、 double  等任意数据类型，为类适配不同数据场景提供基础 。

-  class stack  ：基于  T  构建类的整体结构，类内私有成员（如指针  T* _arr  、整型  _top  和  _capacity  ）、公有成员（构造函数  stack  、成员函数  push  声明 ），均借助  T  实现类型适配，使  stack  类能依据  T  的具体类型，处理对应数据的栈操作逻辑。

 

②显式实例化

在  main  函数中， stack<int> st1;  与  stack<double> st2;  属于类模板的显式实例化操作：

 - 实例化时，需手动通过  <int> 、 <double>  明确指定类型参数，向编译器传递指令：使用  int  、 double  类型替换类模板中  T  ，生成专门处理对应类型数据的栈类（即  stack<int>  用于存储与操作  int  类型数据， stack<double>  用于  double  类型 ）。

- 类模板特性决定其无隐式实例化机制，必须由开发者显式指定类型，编译器才会依据模板定义，生成对应类型的具体类代码，以支撑程序运行。

 

简言之，类模板依托  template<class T>  搭建通用逻辑框架，使用阶段需通过显式指定类型（如  <int>  、 <double>  ） 完成实例化，生成适配特定数据类型的类，达成一套模板复用、适配多类型场景的效果 。

（注：代码中构造函数内  _arr  虽经  new T[capacity]  动态分配内存，但未完善内存释放等资源管理逻辑，实际应用易引发内存泄漏等问题，需补充析构函数等进行优化 。 ）