无论你是编程小白，还是想系统进阶，这篇教程将带你彻底征服C++模板！

一、模板是什么？为什么需要它？

1.1 现实中的模板

想象你有一个 “万能模具”，可以生产不同形状的饼干（圆形、方形、星形）。C++模板就是这个模具，能生成处理不同数据类型的代码。

1.2 编程中的痛点

假设你需要比较两个数的最大值：

 int max(int a, int b) { return a > b ? a : b; }  
 double max(double a, double b) { return a > b ? a : b; }  
 // 每支持一种类型，就要重写一遍函数！  

模板的救赎：

 template <typename T>  
 T max(T a, T b) { return a > b ? a : b; }  
 // 一个模板搞定所有类型！  

二、函数模板：一劳永逸的通用函数

2.1 基础语法

 template <typename T>  // typename 也可用 class  
 返回值类型 函数名(参数列表) {  
     // 函数体  
 }  

示例：万能加法器

 template <typename T>  
 T add(T a, T b) {  
     return a + b;  
 }  
 // 使用：  
 cout << add(3, 5);      // int版本  
 cout << add(2.5, 3.7);  // double版本  

2.2 显式指定类型

当编译器无法自动推导类型时：

 add<double>(5, 3.2); // 强制使用double类型  

2.3 多类型模板参数

 template <typename T1, typename T2>  
 void printPair(T1 a, T2 b) {  
     cout << a << " : " << b << endl;  
 }  
 // 使用：  
 printPair(10, "次拒绝"); // int 和 const char* 的混合双打  

三、类模板：打造通用数据结构

3.1 基础语法

 template <typename T>  
 class 类名 {  
     // 成员变量和函数  
 };  

示例：动态数组

 template <typename T>  
 class DynamicArray {  
 private:  
     T* data;  
     int size;  
 public:  
     DynamicArray(int n) : size(n), data(new T[n]) {}  
     T& operator[](int index) { return data[index]; }  
     ~DynamicArray() { delete[] data; }  
 };  
 // 使用：  
 DynamicArray<int> arr(10);  // int数组  
 DynamicArray<string> strs(5); // string数组  

3.2 模板类的友元函数

 template<typename T>  
 class Box {  
     T content;  
 public:  
     friend void peek(Box<T>& box) { // 友元函数  
         cout << box.content;  
     }  
 };  

四、模板特化：针对特定类型定制

4.1 全特化（完全定制）

为特定类型提供特殊实现：

 template <>  
 class DynamicArray<bool> { // 特化bool类型，节省空间  
 private:  
     unsigned char* data; // 每个bool用1位存储  
 public:  
     // 重新实现相关方法...  
 };  

4.2 偏特化（部分定制）

对部分参数进行特化：

 template <typename T1, typename T2>  
 class Pair { /*...*/ };  
 
 // 偏特化：当两个类型相同时  
 template <typename T>  
 class Pair<T, T> {  
     // 特殊实现...  
 };  

五、可变参数模板（C++11 起）

处理任意数量、任意类型的参数

5.1 基本语法

 template <typename... Args>  
 void func(Args... args) {  
     // 使用args...  
 }  

5.2 参数包展开

• 递归展开：

 void print() {} // 递归终止  
 
 template <typename T, typename... Args>  
 void print(T first, Args... rest) {  
     cout << first << " ";  
     print(rest...);  
 }  
 // 使用：print(1, 2.5, "hello");  

• 折叠表达式（C++17）：

 template <typename... Args>  
 auto sum(Args... args) {  
     return (args + ...); // 展开为 args1 + args2 + ...  
 }  

六、模板实战：STL中的经典应用

6.1 vector 源码简析

 template <class T, class Allocator = allocator<T>>  
 class vector {  
     T* _data;       // 存储元素  
     size_t _size;   // 当前元素数  
     size_t _capacity; // 总容量  
 public:  
     void push_back(const T& value);  
     T& operator[](size_t index);  
     // ...  
 };  

6.2 自定义排序算法

 template <typename Iter, typename Compare>  
 void mySort(Iter begin, Iter end, Compare comp) {  
     // 实现排序算法，使用comp比较元素  
 }  
 // 使用：  
 vector<int> nums {5,3,7,1};  
 mySort(nums.begin(), nums.end(), greater<int>()); // 降序排序  

七、模板的注意事项

7.1 编译问题

• 模板代码必须放在头文件（编译器需要看到完整定义）
• 避免循环依赖（A模板依赖B模板，B又依赖A）

7.2 代码膨胀

• 模板会为每种类型生成独立代码，可能导致二进制文件变大
• 解决方案：
• 公共基类提取共通代码
• 显式实例化常用类型

7.3 适用场景

• 推荐使用：通用数据结构（容器、算法）、数学库
• 避免滥用：简单函数或逻辑差异大的类型

八、总结：模板的核心优势

现在，尝试用模板实现一个万能容器类吧！

 template <typename T>  
 class MyContainer {  
     // 挑战：支持添加元素、遍历、查找  
     // 进阶：支持自定义内存分配器  
 };  

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