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只讲干货！！！如何使用函数模板和类模板？以及模板的优点是什么？

来源：刀刀网

如何使用函数模板和类模板

函数模板的使用

1. 定义函数模板

函数模板是一种通用的函数描述，它可以用来创建针对不同数据类型执行相同逻辑的函数。其定义形式如下：

template <typename T>
// 或者也可以写成 template <class T>，二者在此处作用相同
T myFunction(T arg1, T arg2) {
    // 函数体，这里可以对参数arg1和arg2进行操作，操作方式对于不同类型T是通用的
    return arg1 + arg2; 
}

在上述代码中，template <typename T> 是模板头，声明了一个类型参数 T，它可以在后续函数定义中代表任意数据类型。函数 myFunction 的参数和返回值类型都被指定为 T，这样该函数就可以根据传入的实际类型来执行相应的操作。

2. 使用函数模板

使用函数模板时，不需要显式指定模板参数的类型，编译器会根据传入的实参自动推导类型。例如：

#include <iostream>

template <typename T>
T myFunction(T arg1, T arg2) {
    return arg1 + arg2; 
}

int main() {
    int a = 5, b = 3;
    double c = 2.5, d = 1.5;

    // 对于整型参数，编译器自动推导T为int类型
    std::cout << myFunction(a, b) << std::endl; 

    // 对于双精度浮点型参数，编译器自动推导T为double类型
    std::cout << myFunction(c, d) << std::endl; 

    return 0;
}

在 main 函数中，当调用 myFunction 时，分别传入整型和双精度浮点型的参数，编译器会根据实参类型自动确定模板参数 T 的具体类型，然后生成相应的函数实例来执行操作。

类模板的使用

1. 定义类模板

类模板允许创建具有通用数据结构和行为的类，其成员函数和数据成员的类型可以基于模板参数来确定。类模板的定义如下：

template <typename T>
class MyClass {
public:
    MyClass(T value) : data(value) {}

    T getData() const {
        return data;
    }

private:
    T data;
};

在上述代码中，template <typename T> 同样是模板头，声明了类型参数 T。MyClass 类中的数据成员 data 和构造函数的参数类型以及 getData 函数的返回类型都被指定为 T，这样该类就可以根据不同的类型需求进行实例化。

2. 使用类模板

使用类模板时，需要显式指定模板参数的类型来实例化具体的类对象。例如：

#include <iostream>

template <typename T>
class MyClass {
public:
    MyClass(T value) : data(value) {}

    T getData() const {
        return data;
    }

private:
    T data;
};

int main() {
    // 实例化一个MyClass<int>类型的对象，此时T被指定为int
    MyClass<int> intObj(10); 
    std::cout << intObj.getData() << std::endl;

    // 实例化一个MyClass<double>类型的对象，此时T被指定为double
    MyClass<double> doubleObj(3.14);
    std::cout << doubleObj.getData() << std::endl;

    return 0;
}

在 main 函数中，通过显式指定模板参数类型（如 MyClass<int> 和 MyClass<double>）来创建不同类型的 MyClass 类对象，然后可以调用对象的成员函数来进行相应的操作。

模板的优点是什么？

1. 代码复用性

泛型编程支持：模板是实现泛型编程的关键机制。它允许开发者编写通用的代码逻辑，这些代码可以处理多种不同的数据类型，而无需为每种特定类型重复编写相似的代码片段。例如，一个函数模板可以实现诸如排序、查找等操作，能够适用于整数、浮点数、字符，甚至是用户自定义的结构体、类等各种数据类型。同样，类模板可以创建出具有相似行为和结构，但能应用于不同数据类型的类，极大地提高了代码的复用程度。

减少代码冗余：在没有模板的情况下，如果要针对不同的数据类型实现相同的功能，就不得不为每个类型分别编写的函数或类，这会导致大量冗余代码的产生。而模板通过参数化类型的方式，将通用的逻辑抽象出来，使得相同的代码可以在不同的数据类型场景下复用，让代码库更加简洁、易于维护。

2. 类型安全性

编译时类型检查：C++ 模板在保持通用性的同时，依然具备严格的类型安全性。当使用模板时，编译器会根据模板实例化时所采用的具体数据类型，对模板代码进行细致的类型检查。这意味着在模板内部对数据的任何操作，都必须符合该特定类型的规则。例如，如果在一个函数模板中对模板参数类型的变量进行不恰当的操作，比如对一个非数字类型尝试进行数算，编译器会在编译时准确检测到这种类型不匹配的情况并报错，就如同对普通函数进行错误操作时一样。

防止运行时错误：通过在编译时进行严格的类型检查，模板能够有效防止因类型不匹配而可能引发的错误在程序运行时才暴露出来。这样一来，在开发过程中就能及时发现并纠正类型相关的问题，使得程序更加健壮、可靠，避免了因类型错误在运行时导致的难以排查的故障。

3. 灵活性与可扩展性

适应多种数据类型：模板具有很强的灵活性，能够轻松适应各种不同的数据类型，包括 C++ 中的基本数据类型（如整数、浮点数、字符等）以及用户自定义的结构体、类等复杂类型。这使得开发者可以编写一套通用的代码，然后根据具体需求，通过实例化模板来应用于不同的类型场景，无需针对每种类型重新设计代码逻辑。

便于代码扩展：当需要在已有模板的基础上添加新的功能或支持新的数据类型时，模板的设计方式使得这种扩展相对容易。例如，对于一个已有的排序函数模板，如果要增加对新定义的数据类型的排序功能，通常只需要确保新类型满足排序所需的比较等相关条件，然后就可以直接使用该函数模板对新类型进行排序，而不需要对整个排序逻辑进行大规模的重新编写。

4. 性能优化

避免不必要的类型转换：在模板代码中，由于是根据具体的数据类型直接进行操作，不需要进行频繁的类型转换。例如，对比普通函数中可能需要将传入的参数转换为某种通用类型以便处理，模板可以针对实际传入的类型进行精准操作，从而减少了因类型转换带来的性能开销。

生成高效的特定类型代码：当模板被实例化时，编译器会根据具体的数据类型生成针对该类型的特定代码。这种特定代码通常比使用通用代码结合类型转换的方式更加高效，因为它是专门为特定类型量身定制的，能够更好地利用该类型的特性，提高程序的运行效率。

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