本文主要介绍C++模板的相关知识。

1. 概述

1.1 why

C++是一门强类型语言，所以无法做到像一些动态语言（如 python 、 javascript ）那样：编写出一段通用的逻辑，然后把任意类型的变量传入进行处理。不过，泛型编程弥补了C++的这个缺点，通过把通用逻辑设计为模板，摆脱了类型的限制，提供了继承机制以外的另一种抽象机制，极大地提升了代码的可重用性。

1.2 what

模板是泛型编程的基础，泛型编程是一种代码编写方式，通过使用泛型编程，我们可以编写出独立于任何特定类型的代码。

模板是创建泛型函数或类的蓝图（公式）。C++的STL容器，及其迭代器和算法，都是泛型编程的例子，它们都使用了模板的概念。每个容器都有一个单一的定义，比如 vector ，我们可以定义许多包含不同类型元素的 vector ，比如： vector <int> 或 vector <string>。

C++的模板包括函数模板和类模板。

1.2.1 函数模板

把处理不同类型的公共逻辑抽象成函数，就得到了函数模板。函数模板可以用来创建一个通用的函数，以支持多种不同类型的形参，避免重载函数的函数体重复设计。

函数模板的最大特点是把函数使用的数据类型作为参数。

1.2.2 类模板

使用类模板可以使用户为类声明一种一般模式，使得类中的某些数据成员或者成员函数的参数、返回值取值为任意类型。

注意：模板的声明或定义只能在全局、命名空间或类范围内进行，不能在局部范围、函数内进行，比如不能在main函数中声明或定义一个模板。

1.3 how

1.3.1 函数模板的格式

template <typename type> ret-type func-name(parameter list)
{
   // 函数的主体
}

说明：

type 是函数所使用的数据类型的占位符名称，这个占位符名称可以在函数定义中使用；
关键字“typename”可替换为“class”，两者作用一样；
ret-type 为函数的返回值；

在实际使用时，为了结构清晰，可将上述格式改为如下样式：

template <typename type>
ret-type func-name(parameter list)
{
   // 函数的主体
}

1.3.2 类模板的格式

template <typename type> class class-name {
    // 类的主体
}

说明：

type 是类所使用的数据类型的占位符名称，这个占位符名称可以在类的定义中使用；
关键字“typename”可替换为“class”，两者作用一样；
在实际使用时，为了结构清晰，可将上述格式改为如下样式：
```
template <typename type>
class class-name {
    // 类的主体
}
```

2. 代码示例

2.1 函数模板示例

模板函数的示例代码（template_fun.cpp）如下：

#include <iostream>

using namespace std;

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

int main()
{
    int i = 1;
    int j = 2;
    cout << "Max(i, j) is: " << Max(i, j) << endl;
    cout << "Max<int>(i, j) is: " << Max<int>(i, j) << endl;

    float x = 1.1;
    float y = 2.2;
    cout << "Max(x, y) is: " << Max(x, y) << endl;

    return 0;
}

编译并运行上述代码，结果如下：

在上述结果能够看到，通过使用函数模板，我们可以使函数Max支持多种类型（ int 和 float ）的参数比较，实现了泛型编程的效果。

2.1.1 函数模板的实参推断

在前面的函数模板的代码示例中，我们使用了两种方式为函数模板指定类型参数，如下：

cout << "Max(i, j) is: " << Max(i, j) << endl;
cout << "Max<int>(i, j) is: " << Max<int>(i, j) << endl;

正常情况下，我们使用“Max<int>(i, j)”这种形式为函数模板指定类型参数，可以理解为显式指定类型参数。而为了使用方便，除了显式为函数模板指定类型参数之外，我们还可以让编译器从传递给函数的实参推断出类型参数，这一功能被称为“模板实参推断”。如使用“Max(i, j)”形式时，编译器会根据 i 和 j 的实参值、推断出类型参数为 int ，其效果就相当于显式指定了 int 类型。

2.2 类模板示例

类模板的类声明代码（template_class.h）如下：

#ifndef __TEMPLATE_CLASS_H__
#define __TEMPLATE_CLASS_H__

template <typename T>
class CTmpl
{
public:
    // 成员函数声明
    T FunA(T a, T b);
    CTmpl();
};

#endif

类模板的类实现代码（template_class.cpp）如下：

#include <iostream>
#include "template_class.h"

using namespace std;

template <typename T>
CTmpl<T>::CTmpl()
{
}

// 成员函数的具体实现
template <typename T>
T CTmpl<T>::FunA(T a, T b)
{
    return (a + b);
}

int main()
{
    CTmpl<int> tmpl_int;
    cout << "tmpl_int.FunA(1, 2) is: " << tmpl_int.FunA(1, 2) << endl;
    CTmpl<float> tmpl_float;
    cout << "tmpl_float.FunA(1.1, 2.2) is: " << tmpl_float.FunA(1.1, 2.2) << endl;

    return 0;
}