C++模板（template）怎么用？C++函数模板与类模板教程【泛型编程】

模板是C++泛型编程核心，用于函数和类的类型参数化；支持类型、整型常量及模板模板参数；需权衡必要性，避免滥用。

模板是 C++ 实现泛型编程的核心工具，它让代码能适配多种类型而不用重复写逻辑。关键不是“怎么写模板”，而是“什么时候用、怎么写得安全好用”。下面直接讲实用要点。

函数模板：让一个函数支持多种类型

当你发现几个函数只有参数类型不同，其他逻辑完全一样，就该上函数模板了。

写法很简单：

template 
void swap(T& a, T& b) {
    T temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

说明：
• typename T 是占位符，编译器会在调用时自动推导出实际类型（比如 int、string）；
• 也可以用 class T，效果一样，但推荐用 typename，语义更清晰；
• 调用时通常不用显式写类型，swap(x, y) 编译器自己就能猜；如果推导失败（比如参数类型不一致），才需要手动指定：swap(a, b)。

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注意点：
• 模板函数不生成代码，直到被真正调用才会实例化；
• 如果传入的类型不支持某操作（比如对自定义类用了 +，但没重载），编译会报错，错误信息可能很长——这是模板的“硬伤”，C++20 的 concept 能缓解；
• 避免过度泛化，比如一个只打算处理数值的函数，别让它意外接受 string。

类模板：让整个类支持多种类型

当类的成员变量、成员函数都依赖某个可变类型时，就用类模板。典型例子是 vector、stack、map。

写法示例：

template 
class Stack {
private:
    std::vector data;
public:
    void push(const T& x) { data.push_back(x); }
    T pop() {
        T x = data.back();
        data.pop_back();
        return x;
    }
    bool empty() const { return data.empty(); }
};

使用方式：
• Stack s1;
• Stack<:string> s2;
• 每个具体类型都会生成一份独立的类代码（比如 Stack 和 Stack 是两个完全不同的类）。

提醒：
• 类模板的声明和定义通常要放在头文件里（多数编译器不支持分离 .h + .cpp）；
• 成员函数本身也是模板，但属于外层类模板的上下文，不需要再写 template；
• 如果要特化某个类型的行为（比如针对 bool 做空间优化），可用全特化或偏特化（C++17 后偏特化仅限类模板）。

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模板参数不只是类型：还能是值和模板

模板参数可以是：
• 类型（最常见，用 typename/class）；
• 整型常量（比如数组大小）；
• 另一个模板（模板模板参数，少见但有用）。

整型参数例子：

template 
class Array {
    T data[N]; // N 在编译期确定
public:
    constexpr int size() const { return N; }
};
// 使用：Array arr;

说明：
• N 必须是编译期常量（字面量、constexpr 变量、枚举值等）；
• 这种方式比运行时传 size 更高效，也更安全（越界访问可能被编译器捕获）；
• C++17 后推荐用 template 替代 int，更准确。

别一上来就模板：先想清楚是不是真需要

模板不是银弹。滥用反而让代码难读、编译慢、报错难懂。

适合用模板的情况：
• 算法逻辑与类型无关（如 sort、find、max）；
• 容器类需要承载任意类型；
• 接口需保持类型精确性（比如 forward、move、make_shared）。

可以不用模板的情况：
• 类型固定且不会变（比如游戏里只处理 float3 向量，那就直接写 float3）；
• 用 void* 或基类指针+虚函数已足够，且更简单；
• 团队不熟悉模板，维护成本高于收益。

小建议：
• 先写非模板版本跑通逻辑；
• 再抽成模板，验证 2–3 种类型是否都能用；
• 加上 static_assert 或 concept（C++20）提前拦截不支持的类型。

基本上就这些。模板不复杂，但容易忽略细节。写的时候多问一句：“这个 T 真的需要任意类型吗？它要支持哪些操作？”——答案清楚了，模板就自然了。