C++ 模板简单易懂

简单易懂的比喻+代码示例+逐步递进，让你学得轻松又扎实！

1️⃣ 模板（Template）是什么？

🌟 先来个简单的例子

假设你写了一个 计算两个数之和 的函数：

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

✅ 可以处理整数 int，但如果想计算 小数 double 呢？
你得再写一个函数：

double add(double a, double b) {
    return a + b;
}

⚠️ 问题： 代码重复！不同类型的数据都要单独实现，怎么办？
💡 模板来解决！

2️⃣ 函数模板

🚀 基本语法

template <typename T>
T add(T a, T b) {
    return a + b;
}

🔹 代码解析

template <typename T>：告诉编译器 T 是一个占位符，代表"某种类型"。
T add(T a, T b)：参数 a、b 和返回值的类型都是 T，编译时会替换成具体类型。

🌰 示例：使用模板

#include <iostream>

// 定义函数模板
template <typename T>
T add(T a, T b) {
    return a + b;
}

int main() {
    std::cout << add(3, 5) << std::endl;      // T = int
    std::cout << add(3.14, 2.71) << std::endl; // T = double
}

🎯 编译器会自动推导 T 的类型：

add(3, 5) → int add(int a, int b)
add(3.14, 2.71) → double add(double a, double b)

3️⃣ 类模板

🚀 为什么要用类模板？

问题： 你写了一个 存储整数 的 Box 类：

class Box {
private:
    int value;
public:
    Box(int v) : value(v) {}
    int getValue() { return value; }
};

但如果想存 double 或 std::string 呢？
✅ 类模板 让 一个类 适用于 所有类型！

🌟 语法

template <typename T>
class Box {
private:
    T value;
public:
    Box(T v) : value(v) {}
    T getValue() { return value; }
};

🌰 使用类模板

#include <iostream>

// 定义类模板
template <typename T>
class Box {
private:
    T value;
public:
    Box(T v) : value(v) {}
    T getValue() { return value; }
};

int main() {
    Box<int> intBox(10);           // T = int
    Box<double> doubleBox(3.14);   // T = double
    Box<std::string> strBox("Hi"); // T = std::string

    std::cout << intBox.getValue() << std::endl;
    std::cout << doubleBox.getValue() << std::endl;
    std::cout << strBox.getValue() << std::endl;
}

🎯 T 被替换成不同类型，一个模板搞定所有情况！

4️⃣ 非类型模板参数

🚀 什么是非类型模板参数？

模板不仅可以接受类型参数，还可以接受常量参数！

template <typename T, int N>
class Array {
private:
    T data[N];  // N 是数组大小
public:
    int size() { return N; }
};

🌰 示例

#include <iostream>

// 定义类模板，N 是数组大小
template <typename T, int N>
class Array {
private:
    T data[N];
public:
    int size() { return N; }
};

int main() {
    Array<int, 5> arr1;   // T = int, N = 5
    Array<double, 10> arr2; // T = double, N = 10

    std::cout << arr1.size() << std::endl; // 输出 5
    std::cout << arr2.size() << std::endl; // 输出 10
}

🎯 N 是常量，必须在编译时确定，不能传变量！

5️⃣ 模板特化

🚀 什么是模板特化？

问题： 如果 Box<std::string> 需要特殊处理，怎么办？
✅ 模板特化（Template Specialization） 允许我们针对特定类型提供不同实现！

🌰 示例

#include <iostream>

// 普通模板
template <typename T>
class Box {
public:
    void print(T value) {
        std::cout << "普通值: " << value << std::endl;
    }
};

// 针对 std::string 特化
template <>
class Box<std::string> {
public:
    void print(std::string value) {
        std::cout << "字符串: " << value << std::endl;
    }
};

int main() {
    Box<int> intBox;
    intBox.print(42);  // 输出：普通值: 42

    Box<std::string> strBox;
    strBox.print("Hello");  // 输出：字符串: Hello
}

🎯 特化后的 Box<std::string> 代码与普通模板不同，实现了不同逻辑！

6️⃣ 可变参数模板

🚀 为什么需要可变参数模板？

问题： 有时候，函数/类的参数个数不固定，怎么办？
✅ 可变参数模板（Variadic Template） 允许任意数量的模板参数！

🌰 示例

#include <iostream>

// 递归终止条件
void print() { std::cout << std::endl; }

// 递归展开参数
template <typename T, typename... Args>
void print(T first, Args... rest) {
    std::cout << first << " ";
    print(rest...);  // 递归展开剩余参数
}

int main() {
    print(1, "Hello", 3.14, "C++", 42);
}

🎯 编译器会递归展开参数，直到 print() 没有参数，终止递归。

✨ 总结

特性	作用
函数模板	适用于任意类型的函数
类模板	适用于任意类型的类
非类型模板参数	模板参数不仅限于类型，还可以是整数常量
模板特化	针对特定类型提供不同实现
可变参数模板	允许任意数量的模板参数