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【C++提高篇】—— C++泛型编程之模板基本语法和使用的详解

news 来源：原创 2025/6/8 5:01:30

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文章目录

前言
一、模板的概念
二、函数模板
- 2.1 函数模板的使用
- 2.2 函数模板注意事项
- 2.3 普通函数与函数模板的区别
- 2.4 普通函数与函数模板的调用规则
- 2.5 模板的局限性
三、类模板
- 3.1 类模板的使用
- 3.2 类模板与函数模板的区别
- 3.3 类模板中成员函数的的创建时机
- 3.4 类模板对象做函数参数
- 3.5 类模板与继承
- 3.6 类模板成员函数类外实现
- 3.7 类模板分文件编写
- 3.8 类模板与友元

前言

C++中的另一种编程思想称为泛型编程，主要利用模板和标准模板库（STL）。泛型编程通过编写与数据类型无关的代码，提高了代码的复用性和灵活性。STL提供了一套丰富的容器、算法和迭代器，使开发者可以高效地处理各种数据结构和算法。本章节将系统介绍泛型编程的概念、模板的使用方法以及STL的基本组件。

一、模板的概念

模板：模板就是建立通用的模具，大大提高复用性
模板的特点：
a. 模板不可以直接使用，它只是一个框架
b. 模板的通用并不是万能的

二、函数模板

2.1 函数模板的使用

语法：
template< typename T>
函数声明或定义
解释：
template — 声明创建模板
typename — 表面其后面的符号是一种数据类型，可以用class代替
T — 通用的数据类型，名称可以替换，通常为大写字母

示例：
传统的实现：对于不同的数据类型的交换函数，要分开每个都要写一遍实现：

//交换整型函数
void swapInt(int &a, int &b){int temp = a;a = b;b = emp;
}
//交换浮点型函数
void swapDouble(double &a, double &b){double temp = a;a = b;b = temp;
}

使用函数模板：对于操作一样的函数，写一次实现即可

template<typename T>
void mySwap(T &a,T &b) {    //传入引用：交换实参T temp = a;a = b;b = temp;
}
//使用
int main()
{int a = 10;  int b = 20;mySwap(a,b);   //利用模板实现交换//1、自动类型推导// mySwap<int>(a,b);  //2、显示指定类型cout<< "a=" << a << "b=" << b <<endl;system("pause");return 0;
}

总结：
函数模板定义后，有两种使用方式：
a. 自动类型推导

mySwap(a,b);

b. 显示指定类型

mySwap<int>(a,b);
mySwap<double >(a,b);

2.2 函数模板注意事项

(1) 注意事项一：使用自动类型推导调用的方法
自动类型推导，必须推导出一致的数据类型T, 才可以使用
示例：

int main()
{int a = 10;int b = 20;char c = 'c';mySwap(a,b);   //正确，可以推导出一致的T//mySwap(a,c);//错误，a和c数据类型不同，推导不出一致的T类型cout<< "a=" << a << "b=" << b <<endl;system("pause");return 0;
}

(2) 注意事项二：
使用模板时必须要确定出T的数据类型，才可以使用
示例：

template<classT>
void func(){
cout<< "func调用" <<endl;
}
int main()
{//func();//错误，模板不能独立使用，必须确定出T的类型func<int>();//利用显示指定类型的方式，给T一个类型，才可以使用该模板}system("pause");return 0;
}

2.3 普通函数与函数模板的区别

区别：
a. 普通函数调用时可以发生自动类型转换（隐式类型转换）
b. 函数模板调用时，如果利用自动类型推导，不会发生隐式类型转换
c. 如果利用显示指定类型的方式，可以发生隐式类型转换
示例：

void myPrint(int a,int b){cout<< "调用的普通函数a + b:" << a + b <<endl;
}
template<typename T>
void myPrint(T a, T b){cout<< "调用的模板a + b:" << a + b <endl;
}
void test01(){int a = 10;int b = 20;char c = 'c';//myPrint(a,c); //报错，使用自动类型推导时，不会发生隐式类型转换myPrint<int>(a,c);//正确，如果用显示指定类型，可以发生隐式类型转换
}
int main()
{test01();system("pause");return 0;
}

总结：
建议使用显示指定类型的方式，调用函数模板，因为可以自己确定通用类型T

2.4 普通函数与函数模板的调用规则

调用规则如下：
1. 如果函数模板和普通函数都可以实现，优先调用普通函数
2. 可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板
3. 函数模板也可以发生重载
4. 如果函数模板可以产生更好的匹配，优先调用函数模板
意思就是，例如：当传入的参数为char类型，普通函数形参定义的是int,那么“编译器会觉得隐式转换麻烦“，优先去使用模板函数的实现

示例：

void myPrint(int a,int b){cout<< "调用的普通函数" <<endl;
}
template<typename T>
void myPrint(T a, T b){cout<< "调用的模板" <<endl;
}
template<typename T>
void myPrint(Ta, Tb, Tc){     //重载的函数模板cout<< "调用重载的模板" <<endl;
}
void test01(){int a = 10;int b = 20;myPrint(a,b);//优先调用普通函数的实现myPrint<>(a, b);//可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板int c = 30;myPrint(a, b, c);//调用重载的函数模板char c2 = 'b';myPrint(c1, c2);//如果函数模板可以产生更好的匹配,优先调用函数模板charc1='a';
}
int main()
{test01();system("pause");return 0;
}

2.5 模板的局限性

局限性：模板的通用性并不是万能的
例如：

template<classT>
void func(T a,T b){a=b;}

在上述代码中提供的赋值操作，如果传入的a和b是一个数组，就无法实现了

template<classT>
void func(T a,T b){if(a>b){...}
}；

在上述代码中，如果T的数据类型传入的是像Person这样的自定义数据类型，也无法正常运行
解决：
C++为了解决这种问题，提供模板的重载，可以为这些特定的类型提供具体化的模板（说白了就是不同的类型，不同的处理，感觉和写普通函数实现差不多了）

三、类模板

3.1 类模板的使用

语法：
template< typename T>
类
template — 声明创建模板
typename — 表面其后面的符号是一种数据类型，可以用class代替
T — 通用的数据类型，名称可以替换，通常为大写字母

示例：

//类模板
template<class T1, class T2>
class Person{
public:Person(NameTypename,AgeTypeage){this->m_Name = name;this->m_Age = age;}void showPerson(){cout<< "name:" << this->m_Name << "age:" << this->m_Age <<endl;}
public:T1 m_Name;T2 m_Age;
};
void test01(){//类模板没有自动类型推导的使用方式，要指定NameType为string类型，AgeType为int类型Person<string,int>P1("孙悟空",999);P1.showPerson();
}
int main()
{test01();system("pause");return 0;
}

注意：类模板没有自动类型推导的使用方式，要指定类型

3.2 类模板与函数模板的区别

区别：
a. 类模板没有自动类型推导的使用方式，只能用显示指定类型方式
b. 类模板在模板参数列表中可以有默认参数
示例：

//有默认参数的类模板
template<class T1,class T2=int>
class Person{
public:Person(T1 name,T2 age){this->mName = name;this->mAge = age;}void showPerson(){cout<< "name:" << this->mName << "age:" << this->mAge <<endl;}
public:T1 mName;T2 mAge;
};
//使用
int main()
{Person<string>p("猪八戒",999);//类模板中的模板参数列表可以指定默认参数//Person<string,int>p("孙悟空",1000);//必须使用显示指定类型的方式，使用类模板p.showPerson();system("pause");return 0;
}

3.3 类模板中成员函数的的创建时机

类模板中成员函数和普通类中成员函数创建时机的区别：
a. 普通类中的成员函数一开始就可以创建
b. 类模板中的成员函数在调用时才创建

示例：

总结：类模板中的成员函数并不是一开始就创建的，在调用时才去创建

3.4 类模板对象做函数参数

使用：类模板实例化出的对象，向函数传参的方式
一共有三种传入方式：
a. 指定传入的类型 — 直接显示对象的数据类型
b. 参数模板化 — 将对象中的参数变为模板进行传递
c. 整个类模板化 — 将这个对象类型模板化进行传递

示例：

总结：
1.通过类模板创建的对象，可以有三种方式向函数中进行传参
2.使用比较广泛是第一种：指定传入的类型

3.5 类模板与继承

当类模板碰到继承时，需要注意一下几点：
a. 当子类继承的父类是一个类模板时，子类在声明的时候，要指定出父类中T的类型
b. 如果不指定，编译器无法给子类分配内存
c. 如果想灵活指定出父类中T的类型，子类也需变为类模板

示例：

总结：如果父类是类模板，子类需要指定出父类中T的数据类型

3.6 类模板成员函数类外实现

学习目标：能够掌握类模板中的成员函数类外实现
示例：

总结：类模板中成员函数类外实现时，需要加上模板参数列表

3.7 类模板分文件编写

问题：
类模板中成员函数创建时机是在调用阶段，导致分文件编写时链接不到
解决：
解决方式1：直接包含.cpp源文件
解决方式2：将声明和实现写到同一个文件中，并更改后缀名为.hpp，hpp是约定的名称，并不是强制

示例：

总结：主流的解决方式是第二种，将类模板成员函数写到一起，并将后缀名改为.hpp

3.8 类模板与友元

类模板配合友元函数的类内和类外实现：
a. 全局函数类内实现 - 直接在类内声明友元即可
b. 全局函数类外实现 - 需要提前让编译器知道全局函数的存在
示例：

总结：建议全局函数做类内实现，用法简单，而且编译器可以直接识别

【C++提高篇】—— C++泛型编程之模板基本语法和使用的详解

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