C++ 函数模板

1. 函数模板概述

函数模板是C++中的一种重要特性，它允许我们编写可以处理任意数据类型的通用函数。通过使用函数模板，我们可以避免为每种数据类型重复编写相似的代码，从而提高代码的复用性和可维护性。

1.1 优势

代码复用：可以通过一个模板处理多种数据类型，减少代码冗余。
类型安全：编译时检查类型，避免运行时错误。
灵活性：可以轻松地扩展到新类型，无需修改已有代码。

2. 函数模板的基本语法

函数模板的基本语法如下：

template <typename T>
T functionName(T arg1, T arg2) {
    // 函数体
}

在这里，template <typename T>是模板声明，T是一个类型参数，可以在函数体中使用。

3. 代码案例：基本的函数模板

以下代码展示了一个简单的函数模板，它用于求两个数的最大值。

#include <iostream>
using namespace std;

// 函数模板定义
template <typename T>
T getMax(T a, T b) {
    return (a > b) ? a : b; // 返回较大的值
}

int main() {
    cout << "整数最大值: " << getMax(10, 20) << endl; // 调用模板，类型为int
    cout << "浮点数最大值: " << getMax(10.5, 20.3) << endl; // 调用模板，类型为double
    cout << "字符最大值: " << getMax('a', 'b') << endl; // 调用模板，类型为char

    return 0;
}

注释：

该程序定义了一个函数模板getMax，它接受两个同类型参数并返回较大的值。
在main函数中，我们通过不同类型（整数、浮点数和字符）调用了同一个函数模板，展示了模板的灵活性。

4. 函数模板的特化

在某些情况下，我们可能需要为特定类型提供特化版本的函数模板。特化允许我们为某个特定数据类型提供不同的实现。

4.1 代码案例：函数模板特化

以下示例为getMax函数模板提供了一个针对const char*类型的特化版本。

#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;

// 普通函数模板
template <typename T>
T getMax(T a, T b) {
    return (a > b) ? a : b;
}

// 特化版本
template <>
const char* getMax<const char*>(const char* a, const char* b) {
    return (strcmp(a, b) > 0) ? a : b; // 字符串比较
}

int main() {
    cout << "整数最大值: " << getMax(10, 20) << endl;
    cout << "字符串最大值: " << getMax("apple", "banana") << endl; // 调用特化版本

    return 0;
}

注释：

我们首先定义了一个普通的函数模板，然后对const char*类型进行特化。
特化版本使用strcmp函数比较字符串的大小，返回较大的字符串。

5. 模板的参数类型

函数模板不仅可以接收类型参数，还可以接收非类型参数。非类型参数可以是整型、指针等。

5.1 代码案例：非类型模板参数

以下代码展示了一个使用非类型模板参数的例子，用于定义数组的大小。

#include <iostream>
using namespace std;

// 函数模板，使用非类型参数
template <typename T, int size>
void printArray(T (&arr)[size]) {
    for (int i = 0; i < size; ++i) {
        cout << arr[i] << " "; // 输出数组元素
    }
    cout << endl;
}

int main() {
    int intArray[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    double doubleArray[] = {1.1, 2.2, 3.3};

    cout << "整型数组: ";
    printArray(intArray); // 调用模板函数

    cout << "浮点型数组: ";
    printArray(doubleArray); // 调用模板函数

    return 0;
}

注释：

printArray函数模板接收一个数组引用和其大小作为参数，利用非类型模板参数输出数组中的元素。
在main函数中，我们分别传入整型和浮点型数组，展示了模板函数的灵活性。

6. 模板的默认参数

我们还可以为模板参数指定默认值，以便在调用时可以省略这些参数。

6.1 代码案例：模板默认参数

以下代码展示了如何为模板参数设置默认值。

#include <iostream>
using namespace std;

// 函数模板，带默认参数
template <typename T, int size = 10>
void printArray(T (&arr)[size]) {
    for (int i = 0; i < size; ++i) {
        cout << arr[i] << " "; // 输出数组元素
    }
    cout << endl;
}

int main() {
    int intArray[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    printArray(intArray); // 调用模板函数，默认size为10

    return 0;
}

注释：

在这个示例中，我们为size参数提供了一个默认值10，但在调用时，我们依然传入了一个大小为5的数组。
由于传入的数组实际大小小于默认值，函数依然能够正常工作。

7. 函数模板与类型推导

C++允许编译器根据传递给函数模板的参数类型来自动推导模板类型。

7.1 代码案例：类型推导

以下代码演示了如何利用类型推导来调用函数模板。

#include <iostream>
using namespace std;

// 函数模板
template <typename T>
T add(T a, T b) {
    return a + b; // 返回两数之和
}

int main() {
    auto result1 = add(10, 20); // 推导为int
    auto result2 = add(10.5, 20.5); // 推导为double

    cout << "整数相加结果: " << result1 << endl;
    cout << "浮点数相加结果: " << result2 << endl;

    return 0;
}

注释：