Template（模版）

在 C++ 中，模板（Template） 是一种支持泛型编程的机制，允许开发者编写与具体类型无关的代码。通过模板，可以定义通用的函数或类，在使用时根据传入的类型或值自动生成对应版本的代码，从而减少重复代码并提高灵活性。

模板的类型

C++ 中主要有两种模板类型：

1. 函数模板（Function Template）

定义：编写一个函数框架，通过类型参数化支持多种数据类型。

语法：

template <typename T>
T max(T a, T b) {
    return (a > b) ? a : b;
}

使用：

int a = 3, b = 5;
cout << max(a, b);  // 编译器推导 T 为 int
double x = 2.5, y = 3.7;
cout << max(x, y);  // T 推导为 double

2. 类模板（Class Template）

定义：定义一个通用类，成员变量或方法的类型由模板参数决定。

语法：

template <typename T>
class Stack {
private:
    std::vector<T> elements;
public:
    void push(T const& elem) {
        elements.push_back(elem);
    }
    T pop() {
        T elem = elements.back();
        elements.pop_back();
        return elem;
    }
};

使用：

Stack<int> intStack;    // 存储 int 的栈
Stack<std::string> strStack; // 存储 string 的栈

其他模板类型

可变参数模板（Variadic Template）
支持任意数量和类型的参数，常用于实现递归展开的逻辑（如 std::make_shared）：

template <typename... Args>
void print(Args... args) {
    // 使用折叠表达式展开参数包
    (std::cout << ... << args) << "\n";
}

非类型模板参数
模板参数可以是具体的值（如整数、指针、枚举），而非类型：

template <int N>
class Array {
    int data[N];  // 固定大小为 N 的数组
};
Array<10> arr;    // 生成一个大小为 10 的数组类

别名模板（Alias Template）
使用 using 为模板定义简化别名：

template <typename T>
using Vec = std::vector<T>;  // 别名模板
Vec<int> v;                  // 等价于 std::vector<int>

如何定义模板

基本语法
使用 template <...> 声明模板参数列表。
参数可以是类型（typename T 或 class T）或非类型（如 int N）。

示例：

template <typename T, int Size>
class Buffer {
    T data[Size];
    // ...
};

显式指定模板参数
如果编译器无法推导类型，需手动指定：

template <typename T>
void logType() {
    std::cout << typeid(T).name() << "\n";
}
logType<double>();  // 显式指定 T 为 double

何时使用模板？

模板的典型应用场景包括：

通用容器
如 std::vector<T>、std::map<K, V>，支持存储任意类型的数据。
通用算法
如 std::sort、std::find，可处理不同数据类型的集合。
避免代码重复
当多个函数或类逻辑相同，仅类型不同时（例如 max(int, int) 和 max(double, double)）。
元编程与编译时计算
利用模板在编译期生成代码（如 std::tuple、std::enable_if）。

模板的优缺点

优点：
提高代码复用性，减少冗余。
支持类型安全的泛型操作。
编译时多态，无运行时开销。
缺点：
编译时间可能显著增加。
错误信息晦涩难懂（尤其是模板嵌套时）。
过度使用可能导致代码膨胀（生成过多实例化版本）。

总结

模板是 C++ 泛型编程的核心工具，通过将类型参数化，可以实现高度灵活且类型安全的代码。合理使用模板能够大幅提升代码的抽象能力和复用性，但需权衡编译时间和代码复杂度。

模版函数

模版类

模板类的成员函数定义（包括构造函数、析构函数等）必须直接写在头文件中，不能分离到 .cpp 文件。这是因为模板需要编译器在实例化时（如 Vector）能够看到完整的定义。