本文主要介绍C++编程语言中模板（template）的相关知识，同时通过示例代码介绍模板的使用方法。

1 概述

1.1 What

泛型编程是一种代码编写方式，通过使用泛型编程，可以编写出独立于任何特定类型的代码。

模板是泛型编程的基础，是创建泛型函数或类的蓝图（公式）。

C++的STL(Standard Template Library)容器及其迭代器和算法，都是泛型编程的例子，它们都使用了模板的概念。每个容器都有一个单一的定义，比如vector，我们可以定义许多包含不同类型元素的vector，比如：“vector <int>”或“vector <string>”。

C++的模板包括函数模板和类模板。

注意：模板的声明或定义只能在全局、命名空间或类范围内进行，不能在局部范围、函数内进行，比如不能在main函数中声明或定义一个模板。

1.1.1 函数模板

把处理不同类型的公共逻辑抽象成函数，就得到了函数模板。函数模板可以用来创建一个通用的函数，以支持多种不同类型的形参，避免重复设计重载函数的函数体。

函数模板的最大特点是把函数使用的数据类型作为参数。

1.1.2 类模板

通过使用类模板，用户能够为类声明一种一般模式，使得类中的某些数据成员或者成员函数的参数、返回值取值为任意类型。

1.2 Why

C++是一门强类型语言，无法做到像一些动态语言（如Python、JavaScript）那样，编写出一段“可以处理传入的任意类型的变量”的通用逻辑。不过，泛型编程弥补了C++的这个缺点，通过把通用逻辑设计为模板，摆脱了类型的限制，提供了除继承机制外的另一种抽象机制，极大地提升了C++代码的可重用性。

1.3 How

1.3.1 函数模板的格式

template <typename type> retvalue-type func-name(parameter list)
{
   // 函数的主体
}

说明：

• type是函数所使用的数据类型的占位符名称，这个占位符名称可以在函数定义中使用。需要注意的是，在实际使用过程中，通常会使用一些大写字母（如“T”）或单词来表示占位符名称；
• 关键字“typename”可替换为“class”，两者作用一样；
• retvalue-type为函数的返回值类型；
• 在实际使用时，为了让代码结构更加清晰，可将上述格式改为如下格式：

  template <typename type>
  retvalue-type func-name(parameter list)
  {
     // 函数的主体
  }
  

1.3.2 类模板的格式

template <typename type> class class-name {
    // 类的主体
}

说明：

• type是类所使用的数据类型的占位符名称，这个占位符名称可以在类的定义中使用。需要注意的是，在实际使用过程中，通常会使用一些大写字母（如“T”）或单词来表示占位符名称；
• 关键字“typename”可替换为“class”，两者作用一样；
• 在实际使用时，为了结构清晰，可将上述格式改为如下格式：

  template <typename type>
  class class-name {
      // 类的主体
  }

2 示例代码

2.1 函数模板示例代码

模板函数的示例代码内容如下：

#include <iostream>

using namespace std;

template <typename T>
T Max(T a, T b)
{
    return (a > b ? a : b);
}

int main()
{
    int i = 1;
    int j = 2;
    cout << "Max(i, j) is: " << Max(i, j) << endl;
    cout << "Max<int>(i, j) is: " << Max<int>(i, j) << endl;

    float x = 1.1;
    float y = 2.2;
    cout << "Max(x, y) is: " << Max(x, y) << endl;

    return 0;
}

编译并运行上述代码，结果如下：

在上述结果中能够看到，通过使用函数模板，可以使函数Max支持多种类型（int和float）的参数比较，实现了泛型编程的效果。

2.1.1 函数模板的实参推断

在前面的函数模板的代码示例中，我们使用了两种方式为函数模板指定类型参数（注意这种叫法），如下：

cout << "Max(i, j) is: " << Max(i, j) << endl;
cout << "Max<int>(i, j) is: " << Max<int>(i, j) << endl;

正常情况下，使用“Max<int>(i, j)”这种形式为函数模板指定类型参数，这种方法可以理解为显式指定类型参数。而为了使用方便，除了显式为函数模板指定类型参数外，还可以让编译器从传递给函数的实参值推断出类型参数，这一功能被称为“模板实参推断”。如使用“Max(i, j)”这种形式时，编译器会根据“i”和“j”的实参值、推断出类型参数为int，其效果就相当于显式指定了int类型。

2.2 类模板示例代码

类模板的类声明示例代码内容如下：

#ifndef __TEMPLATE_CLASS_H__
#define __TEMPLATE_CLASS_H__

template <typename T>
class CTmpl
{
public:
    // 成员函数声明
    T FunA(T a, T b);
    CTmpl();
};

#endif

类模板的类实现示例代码内容如下：

#include <iostream>
#include "template_class.h"

using namespace std;

template <typename T>
CTmpl<T>::CTmpl()
{
}

// 成员函数的具体实现
template <typename T>
T CTmpl<T>::FunA(T a, T b)
{
    return (a + b);
}

int main()
{
    CTmpl<int> tmpl_int;
    cout << "tmpl_int.FunA(1, 2) is: " << tmpl_int.FunA(1, 2) << endl;
    CTmpl<float> tmpl_float;
    cout << "tmpl_float.FunA(1.1, 2.2) is: " << tmpl_float.FunA(1.1, 2.2) << endl;

    return 0;
}

编译并运行上述代码，结果如下：

在上述结果中能够看到，通过使用类模板，可以使类CTmpl的成员函数支持多种类型（int和float），实现了泛型编程的效果。

在这里需要注意在类模板外部定义成员函数的方法，如下：

template <typename T>
retvalue-type class-name<T>::fun-name(parameter list)
{
    // 函数的主体
}