在C++中，模板是实现泛型编程的核心机制，允许开发者编写与类型无关的代码。以下是函数模板和类模板的详细介绍及实际示例。
一、函数模板
定义
函数模板通过参数化类型实现泛型操作，只需编写一次代码即可处理多种数据类型，避免重复。
语法
template<typename T>
返回类型 函数名(参数列表) { ... }
typename T 表示类型占位符，编译时根据实参类型自动实例化。
真实示例
-
交换两个值（
swap）
template<typename T>
void swap(T &a, T &b) {T temp = a;a = b;b = temp;
}
使用场景：交换任意类型的变量（如 int、string）。
int x = 1, y = 2;
swap(x, y); // 自动推导为 swap<int>
求最大值（max）
template<typename T>
T max(const T &a, const T &b) {return (a > b) ? a : b;
}
-
使用场景：比较同类型值的最大值，要求类型支持
operator>。 -
打印数组
int nums[] = {1, 2, 3};
printArray(nums); // 推导 T=int, N=3
二、类模板
定义
类模板允许创建可处理多种数据类型的类，成员变量和函数均可使用模板参数。
语法
template<typename T>
class 类名 {// 类成员使用 T 作为类型
};
真实示例
-
动态数组（
Array）
template<typename T>
class Array {
private:T* data;size_t size;
public:Array(size_t size) : size(size), data(new T[size]) {}~Array() { delete[] data; }T& operator[](size_t index) { return data[index]; }size_t getSize() const { return size; }
};
使用场景：存储任意类型的动态数组。
Array<int> intArr(10); // 存储 int 的数组
Array<string> strArr(5); // 存储 string 的数组
键值对（Pair）
template<typename T1, typename T2>
class Pair {
public:T1 first;T2 second;Pair(const T1 &f, const T2 &s) : first(f), second(s) {}
};
使用场景：组合两个不同类型的数据（如字典条目）。
Pair<string, int> student("Alice", 90); // 姓名和分数
栈（Stack）
template<typename T>
class Stack {
private:std::vector<T> elements;
public:void push(const T &elem) { elements.push_back(elem); }T pop() {if (elements.empty()) throw std::out_of_range("Stack is empty!");T elem = elements.back();elements.pop_back();return elem;}
};
使用场景：实现泛型栈结构，支持多种数据类型。
Stack<double> doubleStack;
doubleStack.push(3.14);
三、关键区别
| 特性 | 函数模板 | 类模板 |
|---|---|---|
| 类型推导 | 自动推导参数类型（无需显式指定） | 必须显式指定类型（如 Stack<int>） |
| 默认模板参数 | 支持（C++11起） | 支持（如 template<typename T = int>） |
| 典型应用 | 算法（如排序、交换） | 容器（如数组、栈、队列） |
四、注意事项
- 编译方式：模板代码通常放在头文件中，因为编译器需在编译时生成具体类型的实例化代码。
- 类型约束：模板中的操作（如
operator>）需在类型T中定义，否则编译失败。 - 性能：模板在编译时展开，无运行时开销，但可能增加代码体积。
通过合理使用模板，可以大幅提升代码复用性，同时保持类型安全和高性能。例如，标准模板库（STL）中的 vector、sort 均基于模板实现。
