C++ 模板详解：函数模板与类模板入门指南

在 C++ 中，模板（Template）是一项极其重要的泛型编程技术。它让代码摆脱具体类型的束缚，使程序能够编写“与类型无关”的逻辑，从而提高代码的复用性与灵活性。模板主要分为两类：函数模板（Function Template）与类模板（Class Template）。本文将系统介绍模板的概念、用法、实例化机制以及编译器的类型推导规则。

1. 函数模板（Function Template）

1.1 函数模板的概念

函数模板代表了一组“函数家族”。它不依赖于具体的数据类型，编译器会在使用模板函数时，根据传入的实参类型自动生成对应类型的函数版本——这种由模板自动生成具体函数代码的过程称为模板实例化。

简单来说：
 写一次函数模板，可以生成多个不同类型的函数版本。

比如一个 Swap 函数，它可以交换 int、double、char 等任意类型的参数。传统 C 写法需要写多个版本，而模板可以一次解决。

1.2 函数模板的定义格式

template <typename T>
返回值类型 函数名(参数列表) 
{
    // 函数体
}

关键点说明：

• typename 用来声明模板参数类型，也可以使用 class，两者在模板中完全等价。

• 不能用 struct 替代 typename/class。

1.3 示例：Swap 函数模板

template <typename T>
void Swap(T& left, T& right)
{
    T temp = left;
    left = right;
    right = temp;
}

使用方式：

int a = 10, b = 20;
Swap(a, b);   // T 推导为 int

double x = 1.1, y = 2.2;
Swap(x, y);   // T 推导为 double

编译器会根据实参类型自动推导 T，然后生成对应版本的函数，这就是 模板的隐式实例化（implicit instantiation）。

2. 模板实例化机制

模板参数的实例化分为两类：

2.1 隐式实例化

即上面示例中那样，编译器根据实参自动推导类型：

Swap(a, b);  // 自动推导 T 为 int

无需写类型。

2.2 显式实例化

手动指定模板参数：

Swap<double>(x, y);

适用于推导不明确或需要强制类型的场景。

3. 模板与普通函数的重载关系

C++ 允许函数模板与一个同名的非模板函数同时存在，例如：

void Print(int x) 
{
    cout << "int 非模板函数: " << x << endl;
}

template<typename T>
void Print(T x) 
{
    cout << "模板函数: " << x << endl;
}

调用优先级规则：

3.1如果有完全匹配的非模板函数 → 优先调用普通函数

Print(10);  // 走普通函数

3.2如果模板可以产生更好的匹配 → 优先使用模板

比如：

template<typename T>
void Func(T x) {}   // 模板版本

void Func(double x) {}  // 普通版本

Func(1.1f);  // float -> 模板更匹配 → 调用模板函数

3.3普通函数允许自动类型转换，模板不允许自动转换

void Show(int x);
template <typename T>
void Show(T x);

Show(3.14);   // 调用普通函数（double 转 int）

4. 类模板（Class Template）

4.1 类模板的定义格式

template <typename T>
class ClassName 
{
public:
    // 成员变量
    // 成员函数
};

类模板和函数模板的区别是：

• 类模板不会自动实例化

• 必须手动指定类型才能生成具体类

4.2 类模板示例

template<typename T>
class Box 
{
public:
    T data;
    Box(T d) : data(d) {}
};

4.3 类模板的实例化

Box<int> box1(10);        // 实例化为 Box<int>
Box<double> box2(3.14);   // 实例化为 Box<double>

注意：
类模板名字本身不是类，只有实例化后的 Box<int> 等才是真正的类类型。

5. 总结

模板类型	特点
函数模板	自动推导类型，可隐式实例化
类模板	必须显式指定类型
模板函数 vs 非模板函数	完全匹配 → 优先非模板；更优匹配 → 模板
模板不支持隐式类型转换	普通函数可以转换