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函数模板概述

函数模板是一种在编程中广泛使用的高级概念，旨在减少代码冗余，使代码更加 maintainable 和 scalable。以下是对函数模板的详细解析，从基础到高级功能，帮助开发者理解和应用。

1. 函数模板的基本概念

函数模板（Template Function）是一种可以支持多种数据类型的函数，使其代码只需编写一次，就能处理不同类型的输入。例如：

template
   
    
T add(T a, T b) {
    return a + b;
}
   

通过调用不同的方式，如 add<int>(5, 3) 或 add<double>(1.5, 2.5)，该函数分别支持整数和浮点数相加。

2. 模板语法结构

模板的定义遵循以下结构：

template< [模板参数列表] >
ReturnType [函数名]([模板参数列表]) { [函数体] }

• 模板参数列表：由 typename修饰的类型标识符组成，用于定义模板参数。例如，template<typename t, typename u> 定义了两个模板参数 t 和 u。
• ReturnType：定义模板函数的返回类型，可为任意支持的类型。
• 函数名：模板函数的名称，若未命名，编译器将自动生成实例化后的函数名。
• 函数体：模板函数的具体实现逻辑。

3. 函数模板的实例化

当调用函数模板时，编译器根据参数推断或明确指定的类型生成实例化版本。例如：

template
   
    
T sub(T a, T b) {
    return a + b;
}
   

调用 sub<int>(5, 3) 和 sub<double>(1.5, 2.5) 会分别生成整数和浮点版本，存储在目标文件中。

4. 函数模板的类型推断

模板函数可以根据参数类型自动推断，支持多种用法，包括：

• 自动推断：auto add(T i, U j)，参数类型直接用于推断 T 和 U。
• 显示指定：add<int, double>(1, 8) 明确指定类型。
• 空模板参数推断：add<>(1, 8)If цшилилятор knows.version.

5. 模板函数重载

函数模板可以与命名相同的非模板函数 coexist，编译器优先考虑是否能匹配模板实例化版本。如果不匹配，则调用非模板函数。

6. 模板的特化

模板的特化（特别模板）在通用模板不适用的情况下定义。例如，当比较字符串指针时，我们定义特化版本：

template< const char* >
const char* max(const char* t1, const char* t2) {
    return strcmp(t1, t2) < 0 ? t2 : t1;
}

这样可以确保传递字符串常量 时正确工作。

7. 泛化

泛化表示模板函数适用于所有类型，并不依赖于特定的类型定义，例如：

template< class T, class U, class K = void*>
void func(T a, U b, K p = nullptr) {
    if (p) {
        *p = a + b;
    }
}

这使得函数代码简洁且易于扩展。

8. 全特化和偏特化

• 全特化：指定所有的类型参数，如 void func<double, double>。
• 偏特化：仅指定部分类型，保持其余为通用类型。

例如：

template< int T >
int add(int x, int y) {
    return x + y;
}

编译器会自动推断 T 为整数类型。

9. 非类型模板参数

非类型参数允许在模板函数中添加常数或数据结构，如 value 或 debugMode 作为参数，方便灵活配置。

template< class T, class K, int value = 100, bool debug = false >
T process(T a, K b, int val = value, bool d = debug) {
    // 使用 value 和 debug 模板参数
}

编译器需要支持常数值模板参数。

通过综合理解以上概念，开发者可以更高效地编写和管理代码，充分利用函数模板的优势。