C++ 模板

C++ 模板是C++编程语言中的一个重要特性，它提供了代码重用的高级机制，允许程序员编写泛型代码，从而实现对不同数据类型的通用处理。模板分为两种主要类型：函数模板和类模板。 1. **函数模板** 函数模板是一种在编译时根据传入参数的类型自动生成特定函数版本的工具。例如，`template <typename T> T max(T a, T b)` 是一个简单的函数模板，它可以处理任何类型的数据（如整型、浮点型或自定义类型），找出两者之间的较大值。函数模板的关键字是 `template`，`<typename T>` 定义了一个类型参数 `T`，代表将要替换的任意类型。 2. **类模板** 类模板则用于创建可以处理多种类型的类。类模板定义了一种通用的类结构，其中的数据成员和成员函数可以操作由模板参数指定的类型。例如，`template <typename T> class Stack { ... }` 是一个栈的类模板，可以容纳不同类型的数据。在实例化类模板时，如 `Stack<int>` 或 `Stack<double>`，会生成针对特定类型的具体类。 3. **模板参数** 模板参数分为类型参数（如 `typename T`）和非类型参数（如 `int N`）。类型参数用于表示不同的数据类型，而非类型参数可以是任何非类型常量表达式，如整数、指针或枚举值。 4. **模板特化** 当通用模板不能满足特定需求时，可以为特定类型进行模板特化。这可以通过完全特化（为特定类型提供一个完整的模板实现）或部分特化（只特化一部分模板）来实现。特化通常用于提供针对特定类型的优化或处理特殊情况。 5. **模板元编程** C++ 模板元编程是一种利用模板的编译时计算能力进行编程的技术。通过模板的实例化过程，可以在编译时执行逻辑，生成具有特定功能的代码，提高了程序的效率和灵活性。 6. **模板展开** 编译器在遇到模板实例化时，会将模板代码展开为具体的函数或类定义。这个过程称为模板展开，是模板工作原理的核心。展开后的代码可能比原始模板大得多，因此应谨慎使用，避免模板导致的过度膨胀。 7. **模板偏特化** 偏特化是一种特殊的特化形式，它只对模板的部分参数进行特化。这允许在保持模板通用性的同时，为某些特定组合提供定制的实现。 8. **模板重载决议** 当有多个模板或非模板函数可以匹配同一个调用时，编译器会使用模板重载决议规则来确定哪个是最合适的。这个过程考虑了模板参数匹配的精度、转换的成本以及函数的可见性等因素。 9. **SFINAE原则** SFINAE（Substitution Failure Is Not An Error，替换失败不是错误）是C++模板元编程中的一个重要原则。在函数模板重载决议中，如果类型替换导致模板实例化失败，那么该模板将不会参与重载决议，而不会引发编译错误。 10. **模板的继承与多态** 类模板可以派生出新的类模板，这种继承关系同样支持多态性。通过虚函数和基类指针或引用，可以实现模板类的多态行为。 C++ 模板是一个强大且灵活的工具，它让代码能够适应多种数据类型，促进了代码的复用和抽象。然而，模板也带来了编译时复杂性和可能导致的代码膨胀问题，因此在使用时需权衡利弊，合理设计和应用。