C++模板编程全面指南

一、模板概述

C++模板是泛型编程的基石，允许程序员编写与类型无关的代码，实现代码复用和灵活性。

模板分为两类：

• 函数模板：定义通用函数

• 类模板：定义通用类

二、函数模板基础

1. 模板定义

cpp复制编辑template <typename T>
T max(T a, T b) {
    return (a > b) ? a : b;
}

2. 调用方式

• 自动类型推断

  cpp复制编辑int a = 3, b = 5; auto m = max(a, b); // T 推断为 int

• 显式指定模板参数

  cpp复制编辑auto m = max(3, 5);

三、类模板基础

cpp复制编辑template <typename T>
class Container {
public:
    void add(const T& elem);
private:
    std::vector<T> elems;
};

四、模板特化

1. 全特化（Full Specialization）

为特定类型定义特殊实现。

cpp复制编辑template <>
class Container<bool> {
    // 针对bool的特化版本
};

2. 偏特化（Partial Specialization）

针对部分类型参数特化。

cpp复制编辑template <typename T>
class Container<T*> {
    // 针对指针类型的偏特化
};

五、非类型模板参数

模板参数不仅限于类型，也可以是常量。

cpp复制编辑template <typename T, int size>
class Array {
    T data[size];
};

六、模板元编程基础

利用模板计算在编译期完成。

cpp复制编辑template <int N>
struct Factorial {
    static constexpr int value = N * Factorial<N-1>::value;
};

template <>
struct Factorial<0> {
    static constexpr int value = 1;
};

七、SFINAE（Substitution Failure Is Not An Error）

编译时选择重载或模板的技巧。

cpp复制编辑template <typename T>
auto test(int) -> decltype(std::declval<T>().foo(), void(), std::true_type{});

template <typename T>
std::false_type test(...);

八、现代模板技巧

1. std::enable_if

cpp复制编辑template <typename T>
typename std::enable_if<std::is_integral<T>::value, bool>::type
is_odd(T i) {
    return i % 2 != 0;
}

2. constexpr 与模板结合

编译期计算，提高效率。

九、模板实例代码示例

cpp复制编辑#include <iostream>
#include <type_traits>

template <typename T>
typename std::enable_if<std::is_integral<T>::value, bool>::type
is_even(T i) {
    return i % 2 == 0;
}

int main() {
    std::cout << std::boolalpha;
    std::cout << "4 is even? " << is_even(4) << std::endl;
    // std::cout << "3.14 is even? " << is_even(3.14) << std::endl; // 编译失败
    return 0;
}

十、总结

C++模板是强大且复杂的工具。理解模板基础、特化、SFINAE以及现代用法，有助于写出灵活、效率高的代码。建议结合实际项目练习，逐步掌握模板编程精髓。

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