C++ 函数模板

模板技术让C++代码更通用、更高效。函数模板可实现类型无关的算法，如排序、查找等，是现代C++开发的重要工具。

1. 模板的概念

模板是C++支持泛型编程的基础，允许编写与类型无关的代码。通过模板，可以实现类型参数化，提高代码复用性和灵活性。C++主要有函数模板和类模板两种。

2. 函数模板的基本语法

函数模板用于生成适用于不同数据类型的函数。

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

• template\<typename T>：声明一个类型参数T（也可用class关键字，效果相同）。
• T maxValue(T a, T b)：函数参数和返回值类型由T决定。

使用示例：

int a = 3, b = 5;
double x = 2.3, y = 1.8;
std::cout << maxValue(a, b) << std::endl; // 输出5
std::cout << maxValue(x, y) << std::endl; // 输出2.3

3. 函数模板注意事项

• 自动类型推导：编译器可根据实参类型自动推导模板参数。
• 显示指定类型：也可手动指定类型，如maxValue(a, b)。
• 类型一致性：同一次调用中，所有模板参数类型必须一致。
• 模板函数与普通函数的重载和特化：如果有普通函数和模板函数都能匹配，优先调用普通函数。可以对特定类型进行模板特化。
• 模板代码只在使用时实例化，未用到的类型不会生成代码。

4. 数组排序的函数模板案例

下面是一个通用的冒泡排序函数模板：

#include <iostream>

template <typename T>
void bubbleSort(T arr[], int n) {
    for (int i = 0; i < n - 1; ++i) {
        for (int j = 0; j < n - 1 - i; ++j) {
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                T temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = temp;
            }
        }
    }
}

template <typename T>
void printArray(T arr[], int n) {
    for (int i = 0; i < n; ++i) std::cout << arr[i] << " ";
    std::cout << std::endl;
}

int main() {
    int a[] = {5, 2, 9, 1};
    double b[] = {3.1, 2.2, 5.5, 1.0};
    bubbleSort(a, 4);
    bubbleSort(b, 4);
    printArray(a, 4); // 输出：1 2 5 9
    printArray(b, 4); // 输出：1 2.2 3.1 5.5
    return 0;
}

5. 普通函数与模板函数的区别

示例：

// 普通函数
int add(int a, int b) { return a + b; }

// 模板函数
template <typename T>
T add(T a, T b) { return a + b; }

template <typename T>
void print(T value) {
    std::cout << "通用模板: " << value << std::endl;
}

// 针对const char*类型的特化
template <>
void print<const char*>(const char* value) {
    std::cout << "字符串特化: " << value << std::endl;
}

6. 普通函数与模板函数的调用规则

• 优先调用普通函数：当普通函数和模板函数都能匹配时，优先选择普通函数。
• 精确匹配优先：如果模板函数的类型推导不如普通函数精确，优先选择普通函数。
• 显示指定模板参数：可以强制调用模板函数，如add<>(a, b)。
• 模板特化优先于通用模板：如果有特化版本，优先调用特化。

示例：

void func(int a) { std::cout << "普通函数" << std::endl; }
template <typename T>
void func(T a) { std::cout << "模板函数" << std::endl; }

func(10); // 输出：普通函数
func(3.14); // 输出：模板函数

7. 模板函数的局限性

• 类型要求：模板参数类型必须支持模板代码中用到的所有操作（如<、+等），否则编译报错。
• 不能自动推导部分参数：有些情况下模板参数不能自动推导，需手动指定。
• 不能作为虚函数：模板函数不能声明为虚函数，不能用于多态。
• 代码膨胀：大量不同类型实例化会导致可执行文件变大。
• 调试困难：模板错误信息复杂，调试难度较大。
• 不支持分离编译：模板实现通常需放在头文件，不能像普通函数那样分离编译。