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模板是C++中一个强大的特性，允许编写通用的代码，提高代码的重用性和灵活性。模板分为函数模板和类模板，还包括模板特化。本篇博客将详细介绍这些内容，帮助您深入理解和应用模板编程。
函数模板
函数模板允许定义通用的函数，不依赖具体的数据类型。通过参数化类型，函数模板可以用于不同类型的参数。
函数模板的定义与使用
定义一个函数模板使用 ‘template‘ 关键字和模板参数列表。例如，定义一个通用的交换函数：
template <typename T>
void swap(T& a, T& b) {
T temp = a;
a = b;
b = temp;
}在这个例子中，‘T‘ 是一个模板参数，可以代表任意类型。使用函数模板交换两个整数和两个字符串，代码如下：
int main() {
int x = 10, y = 20;
swap(x, y);
std::cout << "x: " << x << ", y: " << y << std::endl;
std::string str1 = "Hello", str2 = "World";
swap(str1, str2);
std::cout << "str1: " << str1 << ", str2: " << str2 << std::endl;
return 0;
}在上面的代码中，模板参数 ‘T‘ 分别被推导为 ‘int‘ 和 ‘std::string‘，实现了通用的交换功能。
多个模板参数
函数模板可以有多个模板参数。例如，定义一个比较函数，返回较大的值：
template <typename T1, typename T2>
auto max(T1 a, T2 b) -> decltype(a > b ? a : b) {
return a > b ? a : b;
}使用该模板函数比较不同类型的值，例如：
int main() {
int a = 10;
double b = 20.5;
std::cout << "Max: " << max(a, b) << std::endl;
char c = 'A';
std::cout << "Max: " << max(a, c) << std::endl;
return 0;
}在上面的代码中，模板参数 ‘T1‘ 和 ‘T2‘ 分别被推导为 ‘int‘ 和 ‘double‘，实现了通用的比较功能。
类模板
类模板允许定义通用的类，不依赖具体的数据类型。通过参数化类型，类模板可以用于不同类型的成员变量和方法。
类模板的定义与使用
定义一个类模板使用 ‘template‘ 关键字和模板参数列表。例如，定义一个通用的数组类：
template <typename T>
class Array {
private:
T* data;
int size;
public:
Array(int s) : size(s) {
data = new T[size];
}
~Array() {
delete[] data;
}
T& operator[](int index) {
return data[index];
}
int getSize() const {
return size;
}
};在这个例子中，‘T‘ 是一个模板参数，可以代表任意类型。使用类模板创建整数数组和字符串数组，例如：
int main() {
Array<int> intArray(5);
for (int i = 0; i < intArray.getSize(); i++) {
intArray[i] = i * 10;
}
for (int i = 0; i < intArray.getSize(); i++) {
std::cout << intArray[i] << std::endl;
}
Array<std::string> strArray(3);
strArray[0] = "Hello";
strArray[1] = "World";
strArray[2] = "C++";
for (int i = 0; i < strArray.getSize(); i++) {
std::cout << strArray[i] << std::endl;
}
return 0;
}在上面的代码中，模板参数 ‘T‘ 分别被推导为 ‘int‘ 和 ‘std::string‘，实现了通用的数组类。
多个模板参数
类模板可以有多个模板参数。例如，定义一个键值对类：
template <typename K, typename V>
class KeyValuePair {
private:
K key;
V value;
public:
KeyValuePair(K k, V v) : key(k), value(v) {}
K getKey() const {
return key;
}
V getValue() const {
return value;
}
};使用该类模板创建不同类型的键值对，例如：
int main() {
KeyValuePair<int, std::string> intStrPair(1, "one");
std::cout << "Key: " << intStrPair.getKey() << ", Value: " << intStrPair.getValue() << std::endl;
KeyValuePair<std::string, double> strDoublePair("PI", 3.14);
std::cout << "Key: " << strDoublePair.getKey() << ", Value: " << strDoublePair.getValue() << std::endl;
return 0;
}在上面的代码中，模板参数 ‘K‘ 和 ‘V‘ 分别被推导为 ‘int‘ 和 ‘std::string‘，实现了通用的键值对类。
模板特化
模板特化允许为特定的数据类型提供特殊的实现。当通用的模板代码不能满足特定类型的需求时，使用模板特化可以提供优化或特定功能的实现。
全特化
全特化是为特定类型提供完全不同的实现。例如，定义一个打印模板函数，并为 ‘char*‘ 类型提供特化：
template <typename T>
void print(T value) {
std::cout << "Generic print: " << value << std::endl;
}
template <>
void print<char*>(char* value) {
std::cout << "Specialized print: " << value << std::endl;
}使用模板函数打印不同类型的值，例如：
int main() {
print(42);
print(3.14);
print("Hello, world!");
return 0;
}在上面的代码中，‘print‘ 模板函数为 ‘char*‘ 类型提供了特化，实现了不同的打印功能。
偏特化
偏特化是为模板的某些参数提供特定的实现，而其他参数仍然使用通用模板。例如，定义一个通用的数组类模板，并为指针类型提供偏特化：
template <typename T>
class Array {
private:
T* data;
int size;
public:
Array(int s) : size(s) {
data = new T[size];
}
~Array() {
delete[] data;
}
T& operator[](int index) {
return data[index];
}
int getSize() const {
return size;
}
};
// 为指针类型提供偏特化
template <typename T>
class Array<T*> {
private:
T** data;
int size;
public:
Array(int s) : size(s) {
data = new T*[size];
for (int i = 0; i < size; i++) {
data[i] = nullptr;
}
}
~Array() {
for (int i = 0; i < size; i++) {
delete data[i];
}
delete[] data;
}
T*& operator[](int index) {
return data[index];
}
int getSize() const {
return size;
}
};使用该模板类创建指针数组，例如：
int main() {
Array<int*> ptrArray(3);
for (int i = 0; i < ptrArray.getSize(); i++) {
ptrArray[i] = new int(i * 10);
}
for (int i = 0; i < ptrArray.getSize(); i++) {
std::cout << *ptrArray[i] << std::endl;
}
return 0;
}在上面的代码中，模板类 ‘Array‘ 为指针类型提供了偏特化，实现了不同的内存管理。
总结
模板是C++中一个强大的特性，通过函数模板、类模板和模板特化，程序员可以编写通用、高效的代码，提高代码的重用性和灵活性。理解并熟练掌握模板编程，将大大提高您的编程能力和效率。希望通过本篇博客的介绍，您能更好地理解和应用C++模板，为编写复杂和高效的C++程序打下坚实的基础。
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