c++学习系列----006. c++模板（函数模板）

c++ 函数模板

C++ 函数模板概念

函数模板是 C++ 中的一个泛型编程特性，它允许你为不同的类型编写一个通用的函数定义，这样你就可以使用相同的函数名和相似的实现，处理不同的数据类型。

函数模板的作用：

• 在编写代码时不需要为每种数据类型编写单独的函数
• 提高代码的重用性和灵活性

---

函数模板语法

template <typename T>
T function_name(T arg1, T arg2) {
    // 函数实现
    return arg1 + arg2;
}

• template <typename T>：定义一个类型参数 T，这个 T 可以是任意类型。
• T function_name(T arg1, T arg2)：函数的返回类型和参数类型都是 T，也就是根据模板类型来决定。

---

示例：冒泡排序

#include <iostream>
#include <array>

// 冒泡排序模板函数
template <typename T, size_t N>
void bubbleSort(std::array<T, N>& arr) {
    for (size_t i = 0; i < N - 1; ++i) {
        // 每次循环“冒泡”到最后的元素已经是最大值，所以减少一次比较
        for (size_t j = 0; j < N - i - 1; ++j) {
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                // 交换两个元素
                std::swap(arr[j], arr[j + 1]);
            }
        }
    }
}

// 打印数组的模板函数
template <typename T, size_t N>
void printArray(const std::array<T, N>& arr) {
    for (const auto& element : arr) {
        std::cout << element << " ";
    }
    std::cout << "\n";
}

int main() {
    // 示例 1: 对整数数组排序
    std::array<int, 5> intArray = {64, 34, 25, 12, 22};
    std::cout << "Before sorting: ";
    printArray(intArray);

    bubbleSort(intArray);

    std::cout << "After sorting: ";
    printArray(intArray);

    // 示例 2: 对浮点数数组排序
    std::array<float, 5> floatArray = {64.5, 34.2, 25.1, 12.8, 22.0};
    std::cout << "Before sorting: ";
    printArray(floatArray);

    bubbleSort(floatArray);

    std::cout << "After sorting: ";
    printArray(floatArray);

    return 0;
}

代码解析

1. 模板定义

   • 使用 template<typename T, size_t N> 定义一个泛型模板，允许冒泡排序函数适用于任何类型（如 int、float、double 等）和固定大小的数组。

2. std::array 的使用

   • 使用 std::array 来处理固定大小的数组，模板参数 T 表示元素类型，N 表示数组大小。

3. 冒泡排序逻辑

   • 使用两层嵌套循环逐步将最大值“冒泡”到数组末尾，每次循环比较相邻元素并交换它们。

4. std::swap 的使用

   • 使用 STL 提供的 std::swap 函数交换两个元素。

5. 打印函数模板

   • printArray 函数是另一个模板函数，用于打印数组内容，与 bubbleSort 模板共享相同的类型定义。

运行结果

示例代码会输出排序前和排序后的数组内容：

Before sorting: 64 34 25 12 22 
After sorting: 12 22 25 34 64 
Before sorting: 64.5 34.2 25.1 12.8 22 
After sorting: 12.8 22 25.1 34.2 64.5 

---

函数模板的优势

优势	说明
类型通用	允许函数处理多种类型，避免重载和重复编写函数
编译期检查	模板会在编译期进行类型检查，避免运行时错误
代码简洁	一个函数模板即可处理不同类型，减少冗余代码

---

小结

• template <typename T> 定义了一个类型参数 T。
• 可以用相同的函数模板处理不同的数据类型。
• C++ 会在调用时自动推导出类型，或者你可以显式指定类型参数。

---