C++ 模板的概念
C++模板是一种编程技术，使程序员能够编写通用的代码，在不同数据类型或数据结构上进行操作，而无需为每种情况都编写特定的代码。模板可以实现泛型编程，增加代码的重用性和灵活性。
在C++中，有两种主要类型的模板：函数模板和类模板。
C++ 函数模板的基本语法
C++函数模板允许编写通用的函数，可以在不同类型上进行操作。以下是C++函数模板的基本语法：
- 定义函数模板：使用关键字
template开始，并在尖括号< >内指定模板参数列表。模板参数可以是类型参数，也可以是非类型参数。例如：
template <class T> T maximum(T x, T y) { return (x > y) ? x : y; }
这里的 <class T> 表示定义了一个模板，其中 T 是类型参数。
- 调用函数模板：在调用函数模板时，编译器会根据实参的类型来推断模板参数的类型，不需要显式指定。例如：
int a = 5, b = 3; cout << maximum(a, b) << endl; // 调用模板最大值函数 double x = 4.5, y = 7.8; cout << maximum(x, y) << endl; // 同一个通用函数模板可以适用于不同类型的参数
注意，在调用函数模板时，不需要指定模板参数的类型，编译器会根据参数的类型自动推断。
- 特化函数模板：有时候需要针对特定类型或特定需求创建特殊的函数模板版本，这称为函数模板的特化。
在C++中，函数模板的特化是指为特定的数据类型或特定的情况提供单独的模板实现。通过函数模板的特化，我们可以为某些特殊情况编写特定的实现代码，覆盖通用模板的行为。以下是一个函数模板特化的示例：
#include <iostream> #include <cstring> // 通用的最大值函数模板 template <class T> T maximum(T x, T y) { return (x > y) ? x : y; } // 特化的最大值函数模板，针对C风格字符串(const char*)类型 template <> const char* maximum(const char* x, const char* y) { return strcmp(x, y) > 0 ? x : y; } int main() { int a = 5, b = 8; std::cout << "Max of integers: " << maximum(a, b) << std::endl; double x = 4.2, y = 7.8; std::cout << "Max of doubles: " << maximum(x, y) << std::endl; const char* str1 = "apple"; const char* str2 = "banana"; std::cout << "Max of strings: " << maximum(str1, str2) << std::endl; return 0; }
在上面的示例中，我们定义了一个通用的最大值函数模板 maximum，并对 const char* 类型进行了特化。当传入 const char* 类型的参数时，编译器会优先选择特化版本的函数模板进行调用。
通过函数模板的特化，我们可以为特定类型或特定情况提供自定义的实现，从而增加灵活性和可读性
特化模板是对通用模板的特定数据类型处理进行定制，也是对通用特化模板的补充定义。
C++ 函数模板的注意事项
在使用C++函数模板时，有几个注意事项需要考虑：
- 函数模板的定义和实现要放在头文件中：由于函数模板是在编译期进行实例化的，所以通常将函数模板的定义和实现放在头文件中，以便在需要时能够在不同的源文件中进行实例化。
- 函数模板参数推断：在调用函数模板时，编译器会尝试根据传递给函数的参数类型推断模板参数的类型。但有时可能会导致预期之外的结果。如果遇到这种情况，可以显式指定模板参数的类型。
- 特化与重载冲突：如果同时存在一个函数模板和一个特化版本，并且它们的参数类型相同，则会发生特化与重载冲突。在这种情况下，编译器可能无法确定选择哪个版本。因此，特化函数模板时要避免与通用函数模板产生参数类型上的冲突。
- 非类型模板参数求值：除了类型参数，函数模板还可以使用非类型参数，例如整数、指针、引用等，作为模板参数。请注意，非类型模板参数在编译时求值，因此必须是常量表达式。
- 模板函数的直接实例化：为了确保模板函数在程序中的每个位置都有定义，可以使用模板的直接实例化。可以通过在源文件中显式地实例化模板函数的特定参数类型来实现。例如：
template int maximum<int>(int, int); - 编译错误和模板实例化错误信息：由于模板函数是在编译时进行实例化并展开的，因此如果出现编译错误或模板实例化错误，会在编译器输出的错误信息中看到模板的相关行号和类型。
这些是在使用C++函数模板时需要注意的一些事项。理解和遵循这些注意事项将帮助您正确地使用函数模板。
C++ 函数模板和普通函数的区别
函数模板和普通函数之间存在一些重要的区别，主要包括以下几点：
- 灵活性：
- 函数模板能够实现代码的通用性，能够在不同类型上执行相同的操作，提高了代码的重用性和灵活性。
- 普通函数只能针对特定的数据类型编写，无法实现通用性，需要为每种数据类型编写特定的函数。
- 参数类型：
- 函数模板的参数类型是通用的，可以用模板参数代替具体的数据类型，使得函数模板适用于不同的数据类型。
- 普通函数的参数类型是具体的，必须在函数定义时指定参数类型。
- 调用方式：
- 函数模板在调用时会根据传入的参数类型自动实例化，无需为每种数据类型单独编写函数。
- 普通函数需要为每种参数类型都提供一个函数定义，并且在调用时需明确指定参数类型。
- 编译时实例化：
- 函数模板是在编译时进行实例化的，即编译器会根据实际需要自动生成相应的函数实例。
- 普通函数是在编译前就生成并存储在可执行文件中的，不会根据需要生成新的函数实例。
- 错误信息：
- 函数模板在编译时展开实例化，如果出现错误，编译器会给出实例化时的错误信息，不同于普通函数的编译错误信息。
- 普通函数没有实例化的过程，错误信息会更直接，因为它们已经明确定义和存在。
综上所述，函数模板提供了更高的灵活性和重用性，能够处理不同的数据类型，而普通函数适用于特定的数据类型，调用更直接。选择使用函数模板还是普通函数取决于具体情况，需要根据代码的需求和设计目的来决定。
C++ 函数模板的和普通函数的调用规则
在C++中，函数模板和普通函数的调用规则略有不同。以下是关于函数模板和普通函数调用的一些规则：
- 函数模板调用：
- 函数模板可以通过显式指定模板参数类型来调用，也可以通过编译器自动推断模板参数类型。
- 模板函数调用时可以显式指定模板参数类型，例如
max<int>(a, b)，也可以由编译器根据实际参数类型进行推断，直接调用max(a, b)。
- 普通函数调用：
- 普通函数的调用在函数定义时必须明确指定参数类型，调用时直接传入对应的参数即可。
- 示例：
int result = add(3, 5);
- 函数模板实例化：
- 当编译器遇到函数模板的调用时，会根据调用的具体参数类型进行模板实例化，生成相应的函数定义。
- 编译器会对模板参数进行类型检查，并且在编译时将函数模板实例化为特定数据类型的函数。
- 选择最佳匹配：
- 当同时存在一个普通函数和一个函数模板，并且它们都可以匹配调用时，编译器会优先选择普通函数，而不是函数模板。
- 如果只有函数模板能够匹配调用，则会选择函数模板。
- 重载和模板函数冲突：
- 当函数模板和已存在的普通函数具有相同的函数签名时，可能会产生冲突。此时需要注意函数调用的歧义性。
- 在这种情况下，编译器可能无法确定选择哪个版本，会导致编译错误。
所以说，函数模板和普通函数的调用规则大部分相似，但也存在一些细微差别，特别是在模板实例化和重载冲突方面。理解这些规则有助于正确使用和调用函数模板和普通函数。
C++ 函数模板的局限性
虽然C++函数模板是非常强大和灵活的特性，但它们也存在一些局限性，包括以下几点：
- 编译时间和二进制文件体积增加：
- 函数模板是在编译器实例化的，每次使用不同的模板参数都会生成新的函数实例，可能会导致编译时间增加和生成的二进制文件体积增加。
- 调试时可读性降低：
- 由于函数模板是在编译期实例化的，生成的模板函数不一定容易阅读，调试起来可能会比较困难。
- 意外行为和模板推断问题：
- 有时候编译器的模板参数推断可能会出现意外的行为，例如选择了错误的重载函数或者无法解析出正确的模板参数类型，导致程序错误。
- 特化和重载冲突：
- 当同时存在一个函数模板和一个特化版本，并且它们的参数类型相同时，可能会导致特化与重载冲突，编译器无法确定应该选择哪个版本。
- 对相同类型感知度差：
- 函数模板往往不够智能，不能对相同类型做区分，因此可能无法避免一些不必要的函数实例化。
- 需要额外的模板元编程知识：
- 对于复杂的模板元编程需求，可能需要深入了解C++的模板元编程技术，这对某些开发者来说可能有一定的学习曲线。
尽管函数模板存在上述局限性，但在许多情况下，它们仍然是一种非常强大和有用的工具，能够提高代码的重用性和灵活性。在使用函数模板时，需要谨慎考虑上述局限性，并根据实际情况权衡利弊。
