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【C++】模版语法基础：认识模版（初识篇）

news 2025/9/19 7:45:59

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C++的两个参考文档：

老朋友（非官方文档）：cplusplus

官方文档（同步更新）：cppreference

一、C不支持重载——代码重复问题

二、泛型编程

三、函数模版

3.1 函数模板概念

3.2 函数模板格式

3.3 函数模版的原理

3.4 函数模板的实例化

3.4.1 隐式实例化

3.4.2 显式实例化

3.5 模板参数的匹配原则

3.5.1 非模板函数可以和一个同名的函数模板同时存在

3.5.2 其他条件都相同，在调动时会优先调用非模板函数

3.5.3 普通函数可以进行自动类型转换

3.5.4 模板参数可以给缺省

3.6 T

四、类模版

4.1 类模板的定义格式

4.1.1 模版不支持声明和定义分离到两个不同文件（.h和.cpp）

4.1.2 定义格式

4.2 类模板的实例化

五、本文完整代码展示

Test.cpp：

结尾

一、C不支持重载——代码重复问题

用C语言也是可以实现那些库的，但是非常的麻烦，而且不好用。

C语言不支持重载，会造成代码大量重复的问题，我们这里就以Swap交换为例来说明——

void Swap(int& left, int& right)
{int tmp = left;left = right;right = tmp;
}void Swap(double& left, double& right)
{double tmp = left;left = right;right = tmp;
}void Swap(char& left, char& right)
{char tmp = left;left = right;right = tmp;
}

如果每次用不同类型的Swap都要这样实现一遍实在是太麻烦了！有什么办法吗？

二、泛型编程

泛型编程——容器。

以刚才的swap代码为例——如何实现一个通用的交换函数呢？

使用函数重载虽然可以实现，但是有几个不太友好的地方：

1、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；

2、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“模具”，让编译器根据不同的类型利用该“模具”来生成代码呢？

如下图，钢水浇铸在特质模具里面，冷却后就能得到想要的现状了——

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。

三、函数模版

3.1 函数模板概念

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。

3.2 函数模板格式

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

typedef解决typedef的问题，模版template的解决template的问题。

返回值类型函数名（参数列表){}

template<typename T>
void Swap( T& left,  T& right)
{T temp = left;left = right;right = temp;
}

注意：typename是用来定义模板参数关键字，也可以使用class(切记：不能使用struct代替 class)

3.3 函数模版的原理

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。

3.4 函数模板的实例化

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。

3.4.1 隐式实例化

隐式实例化：让编译器根据实参推演模板参数的实际类型。

//隐式实例化：让编译器根据实参推演模板参数的实际类型
template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{return left + right;
}
int main()
{int a1 = 10, a2 = 20;double d1 = 10.0, d2 = 20.0;Add(a1, a2);Add(d1, d2);//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);// 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);return 0;
}

3.4.2 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。

//显式实例化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型
int main(void)
{int a = 10;double b = 20.0;// 显式实例化Add<int>(a, b);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。

3.5 模板参数的匹配原则

3.5.1 非模板函数可以和一个同名的函数模板同时存在

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。

//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
// 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 T>
T Add(T left, T right)
{return left + right;
}void Test()
{Add(1, 2);// 与非模板函数匹配，编译器不需要特化Add<int>(1, 2);// 调用编译器特化的Add版本
}

3.5.2 其他条件都相同，在调动时会优先调用非模板函数

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。

// 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
}

3.5.3 普通函数可以进行自动类型转换

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。

3.5.4 模板参数可以给缺省

3.6 T

四、类模版

大对象、深拷贝——传值传参代价太大（要加&，不改变加const）。

严格来说模版类是实例化之后的叫模版类，模版函数是函数模版，实例化之后的叫模版函数。