函数模板

假设你想写一个求两数最大值的函数，最初可能会这样写：

int max(int x, int y)
{
    return (x < y) ? y : x;
    // 注：使用 < 运算符与 std::max 保持一致
}

调用者只能传入 int 类型（或可提升为 int 的类型）。当需要比较两个 double 时，必须再写一份重载：

double max(double x, double y)
{
    return (x < y) ? y : x;
}

两份实现除类型外完全相同。为每种类型都写一份重载，既繁琐又易出错，还违反 DRY（Don’t Repeat Yourself）原则；且无法覆盖未来可能出现的新类型。

我们需要一份代码即可适用于任意类型。普通函数难以胜任，而 C++ 提供的模板机制正是为此而生。

C++ 模板简介

模板系统旨在简化“跨类型通用”函数或类的编写。我们不再手工编写大量仅类型不同的重载，而是写一份模板：

• 模板像普通定义一样描述函数/类的结构；
• 不同之处在于使用占位类型（类型模板形参，俗称模板类型）代替具体类型；
• 实际类型由调用者在使用模板时指定；
• 编译器根据模板自动生成所需的重载函数或类。

关键洞察

一份模板可生成一整族类型各异而逻辑相同的函数或类；实际类型直到使用模板时才确定，因此模板可兼容尚未存在的类型，既灵活又具未来扩展性。

类比

模板如同“绘图模板”（stencil）：一次制作，可反复使用；颜色（实际类型）在使用时才决定，模板无需预知所有可能的颜色。

函数模板

函数模板是生成一组重载函数的“函数式”定义：

• 主模板（primary template）——编写一次；
• 实例化函数（instantiated function）——由编译器自动生成。

编写步骤

1. 用占位类型替换需要泛化的实际类型；
2. 用 template <typename T> 声明模板形参。

示例：将 max(int, int) 改为模板

template <typename T>   // 模板形参声明
T max(T x, T y)         // 函数模板定义
{
    return (x < y) ? y : x;
}

• template 关键字表明此为模板；
• typename T（或 class T）声明类型模板形参 T；
• 作用域仅限于该模板；
• 每个模板需独立声明。

相关内容

多模板类型函数模板见 11.8 课。

命名模板形参

• 简单场景用单大写字母：T、U、V：

  template <typename T>
  T max(T x, T y) { ... }
  

• 若用途特殊，可用描述性名称：Allocator、TAllocator。

最佳实践

简单占位用单大写字母；有特殊语义或约束时用描述性名称。

模板实例化

使用模板时，编译器将形参替换为实参并生成函数；能否成功取决于类型是否满足模板内操作要求。具体约束应查阅技术文档，如 std::max 的 Compare 要求。

下节课将展示如何调用模板并实例化具体函数。