C++ 泛型编程

C++泛型编程

一、泛型编程基础

1. 核心概念

• 实现算法与数据结构的分离
• 基于模板技术（函数模板/类模板）
• 本质：类型参数化，减少重复代码
• 典型应用：STL容器、迭代器、算法

2. 类型本质

• 内存布局的抽象
• 不同类型对应不同的内存分配策略

二、函数模板

1. 基本语法

cpp

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

2. 关键特性

• 支持隐式推导和显式指定类型
• 可重载（包括与普通函数重载）
• 可声明为inline/extern
• 严格类型匹配（不进行隐式转换）

3. 使用示例

cpp

template<class T>
T customMax(T a, T b) {
    return a > b ? a : b;
}

// 使用
int main() {
    cout << customMax(3, 5);          // 隐式推导
    cout << customMax<double>(3.1, 5); // 显式指定
}

4. 注意事项

• 避免与标准库函数名冲突（建议使用命名空间）
• 模板参数名在作用域内唯一
• 多参数模板需每个参数前加typename/class

cpp

template<typename T, class U> // 正确
void func(T a, U b);

三、类模板

1. 基本语法

cpp

template<class T1, typename T2>
class MyClass {
    // 类成员
};

2. 对象创建

• 必须显式指定模板参数

cpp

MyClass<int, double> obj;

3. 成员函数外部定义

cpp

template<class T1, class T2>
返回类型 MyClass<T1,T2>::函数名(参数列表) {
    // 函数体
}

4. 继承关系

cpp

// 继承具体化的模板类
class Derived : public Base<int> {...};

// 继承模板类
template<class T>
class Derived : public Base<T> {...};

四、模板高级特性

1. 默认模板参数（仅类模板）

cpp

template<class T = int>
class Container {...};

2. 模板编译机制

• 两次编译原则：
  1. 模板定义时检查语法
  2. 实例化时检查类型相关操作

3. 代码组织要求

• 模板定义必须放在头文件中
• 避免分离式编译问题

五、最佳实践

1. 命名规范

• 模板参数使用大写字母（如T, U）
• 模板类/函数添加_t后缀（可选）

1. 类型安全

• 使用static_assert进行类型约束

cpp

template<class T>
class Vector {
    static_assert(std::is_arithmetic<T>::value, 
                 "Numeric type required");
};

1. 性能优化

• 对常用类型进行显式实例化

cpp

template class Vector<int>; // 显式实例化

六、常见问题

1. 链接错误

• 确保模板定义在头文件中

1. 类型推导失败

• 混合类型参数时需显式指定

cpp

add(3, 4.5);          // 错误
add<double>(3, 4.5);  // 正确

1. 代码膨胀

• 使用公共基类减少实例化次数

附：核心差异对比表

特性	函数模板	类模板
类型推导	支持隐式推导	必须显式指定
默认参数	不支持	支持
继承	不可继承	可继承
静态成员	每个实例化有独立静态成员	同左
虚函数	不能声明虚函数	成员函数可为虚函数