### C++模板基础：函数模板与类模板语法详解
C++模板是泛型编程的核心机制，允许开发者编写与类型无关的代码。通过模板，可以避免为不同数据类型重复编写相似逻辑，显著提升代码复用性和可维护性。本文将系统讲解函数模板和类模板的语法规则、使用场景及高级特性，帮助读者掌握这一强大的编程工具。
一、函数模板基础语法
函数模板通过定义通用函数原型，支持在编译时根据调用参数自动生成特定类型的函数实例。
1.1 基本语法结构
template // 或 class T
T max(T a, T b) {
return (a > b) ? a : b;
} 模板声明以`template`关键字开头，后跟模板参数列表。`typename`或`class`关键字用于声明类型参数（二者在此场景下等价）。函数体中使用模板参数`T`作为占位类型。
1.2 模板实例化
调用模板函数时，编译器根据实参类型推导模板参数：
int a = 5, b = 10;
cout 也可显式指定类型：
double x = 3.14, y = 2.71;
cout (x, y); // 显式实例化为 double 版本1.3 多参数模板
模板可支持多个类型参数：
template
void printPair(T1 first, T2 second) {
cout 1.4 非类型模板参数
模板参数可以是值而非类型：
template
T arraySum(T arr[]) {
T sum = T(); // 默认构造
for (int i = 0; i (nums); // 输出6
} 二、类模板基础语法
类模板允许定义与类型无关的类结构，常见于容器类（如`std::vector`）的实现。
2.1 基本类模板定义
template
class Stack {
private:
vector elements;
public:
void push(const T& element) {
elements.push_back(element);
}
T pop() {
if (elements.empty()) throw out_of_range("Stack empty");
T element = elements.back();
elements.pop_back();
return element;
}
}; 2.2 类模板实例化
Stack intStack;
intStack.push(42);
cout strStack;
strStack.push("Hello");
cout 2.3 模板类成员函数定义
成员函数可在类外定义，需重复模板参数：
template
class Box {
public:
T content;
void print();
};
template
void Box::print() {
cout 2.4 模板特化
可为特定类型提供专门实现：
// 全特化
template
class Stack {
// 针对bool类型的优化实现
};
// 偏特化（针对指针类型）
template
class Stack {
// 针对指针类型的实现
}; 三、模板高级特性
3.1 默认模板参数
template
class DefaultType {
T value;
public:
DefaultType(T v) : value(v) {}
T getValue() const { return value; }
};
DefaultType dt(10); // 使用int作为默认类型 3.2 可变参数模板（C++11起）
// 打印任意数量和类型的参数
template
void printAll(Args... args) {
((cout 3.3 模板元编程基础
通过模板实现编译期计算：
template
struct Factorial {
static const int value = N * Factorial::value;
};
template
struct Factorial {
static const int value = 1;
};
cout ::value; // 输出120 四、模板使用最佳实践
4.1 头文件与实现分离
类模板成员函数通常需在头文件中实现，或使用显式实例化：
// stack.h
template
class Stack { /*...*/ };
// stack.cpp
template class Stack; // 显式实例化int版本 4.2 模板参数命名约定
常用命名规范：
- `T`：通用类型
- `Iter`：迭代器类型
- `Key`, `Value`：键值对类型
4.3 避免代码膨胀
显式实例化可减少生成的代码量：
// 在.cpp文件中
template class std::vector; // 仅生成bool版本的vector 五、常见问题与解决方案
5.1 模板参数推导失败
问题示例：
template
void process(T& param) {}
const int x = 10;
process(x); // 推导为int&，无法绑定到const int 解决方案：使用`const T&`或通用引用。
5.2 模板依赖名称问题
问题示例：
template
void foo() {
T::innerType* ptr; // 被解析为乘法而非类型声明
} 解决方案：使用`typename`关键字：
template
void foo() {
typename T::innerType* ptr;
} 5.3 模板递归深度限制
编译期递归可能受编译器限制，可通过迭代替代或增加限制：
#pragma GCC diagnostic ignored "-Wtemplate-recursion-depth"六、现代C++中的模板演进
6.1 C++17的模板改进
- 类模板参数推导（CTAD）：
template
struct Pair {
T first;
T second;
};
Pair p{1, 2}; // 自动推导为Pair 6.2 C++20的概念（Concepts）
约束模板参数：
template
concept Integral = std::is_integral_v;
template
T add(T a, T b) { return a + b; } // 仅接受整数类型 6.3 非类型模板参数扩展
C++20允许使用浮点数和类类型作为非类型参数：
struct Point { int x, y; };
template
class Location {}; 关键词：C++模板、函数模板、类模板、模板特化、可变参数模板、模板元编程、概念约束、编译期推导
简介：本文全面解析C++模板编程的核心机制，涵盖函数模板与类模板的基础语法、多参数模板、非类型参数、模板特化等关键特性，并深入探讨可变参数模板、模板元编程等高级技术。结合现代C++标准（C++17/C++20）的新特性，如类模板参数推导和概念约束，提供从基础到进阶的完整知识体系，帮助开发者高效利用模板实现泛型编程。
