函数模板

假设您想编写一个函数来计算两个数字的最大值。您可以这样做:

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

虽然调用方可以将不同的值传递到函数中，但参数的类型是固定的，因此调用方只能传入int值。这意味着该函数实际上只适用于整数（以及可以提升为int的类型）。

那么，当您想找到两个double值的最大值时，会发生什么呢？由于C++要求我们指定所有函数参数的类型，因此解决方案是创建一个新的重载版本的max，参数类型为double:

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

注意，这个版本max的实现代码与int版本max完全相同！事实上，这个实现适用于许多不同的类型:包括int、double、long、long double，甚至是您自己创建的新类型（我们将在以后的课程中介绍如何做）。

为想要支持的每一组参数类型创建具有相同实现的重载函数，这是一个维护难题，是错误的方案，并且明显违反了DRY（不要重复自己）原则。这里还有一个不太明显的挑战:希望使用max函数的程序员可能以max函数编写者没有预料到的参数类型来调用它（因此没有为此编写重载函数）。

我们真正缺少的是某种编写max的单个版本的方法，该版本可以与任何类型的参数一起工作（即使是在编写max代码时可能没有预料到的类型）。正常的函数根本不能胜任这里的任务。幸运的是，C++支持另一个专门为解决这种问题而设计的功能。

欢迎来到C++模板的世界。

C++模板简介

在C++中，模板系统旨在简化创建能够处理不同数据类型的函数（或类）的过程。

我们不是手动创建一组基本相同的函数或类（每组不同类型一个），而是创建一个模板。就像普通定义一样，模板描述函数或类的外观。与普通定义（其中必须指定所有类型）不同，在模板中，我们可以使用一个或多个占位符类型。占位符类型表示在编写模板时未知的某种类型，但稍后将提供。

一旦定义了模板，编译器就可以使用该模板，根据需要生成任意多个重载函数（或类），每个函数使用不同的实际类型！

最终的结果是相同的——我们最终得到了一组基本相同的函数或类（每个函数或类对应一组不同的类型）。但我们只需要创建和维护一个模板，编译器为我们做所有的重复和艰苦的工作。

由于直到模板在程序中使用（而不是在编写模板时）才确定实际类型，因此模板的作者不必尝试预测可能使用的所有实际类型。这意味着模板代码可以与编写模板时甚至不存在的类型一起使用！稍后，当我们开始探索C++标准库时，我们将看到这是如何派上用场的，该库绝对充满了模板代码！

在本节的其余部分中，我们将介绍和探索如何为函数创建模板，并更详细地描述它们的工作方式。直到我们介绍了类是什么，我们才会探索如何为类创建模版。

函数模板

函数模板是一种类似于函数的定义，用于生成一个或多个重载函数，每个函数具有一组不同的实际类型。这将允许我们创建可以与许多不同类型一起工作的函数。

创建函数模板时，我们将类型占位符（也称为模板类型参数，type template parameters）用于希望稍后指定的函数中使用的任何参数类型、返回类型或函数体中变量的类型。

函数模板，最好通过示例来教授，因此让我们将上面示例中的int max(int, int)函数转换为函数模板。这出人意料的简单，我们将解释一路上发生的事情。

创建模板化的max函数

这里是max的int版本:

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

注意，我们在这个函数中三次使用int类型:一次用于参数x，一次用于参数y，一次用作函数的返回类型。

要创建函数模板，我们要做两件事。首先，我们将用模板类型参数替换我们的特定类型。在这种情况下，因为我们只有一个需要替换的类型（int），所以我们只需要一个模板类型参数（这里将其称为T）:

下面是使用单个模板类型的新函数:

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T max(T x, T y) // 无法编译通过，因为没有定义 T
{
    return (x < y) ? y : x;
}

这是一个好的开始——然而，它无法编译，因为编译器不知道T是什么！这仍然是一个普通函数，不是函数模板。

因此，我们要告诉编译器，这是一个函数模板，T是一个模板类型参数，它是任何类型的占位符。这是使用所谓的模板参数声明来完成的。模板参数声明的范围仅限于后面的函数模板（或类模板）。因此，每个函数模板（或类模版）都需要自己的模板参数声明。

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template <typename T> // 这是模版参数声明
T max(T x, T y) // 这是函数模版 max<T> 的定义
{
    return (x < y) ? y : x;
}

在模板参数声明中，我们从关键字template开始，它告诉编译器我们正在创建模板。接下来，我们指定所有模板参数，这些都在尖括号（<>）内。对于每个模板类型参数，我们使用关键字typename或class，后跟模板类型参数的名称（例如T）。

信不信由你，我们完工了！我们已经创建了max函数的模板版本，现在可以接受不同类型的参数。

因为该函数模板有一个名为T的模板类型，所以我们将其称为max<T>。在下一课中，我们将看看如何使用max<T>函数模板来生成一个或多个具有不同类型参数的max()函数。

命名模板参数

就像我们经常使用单个字母来表示在琐碎情况下使用的变量名（例如x）一样，当类型的含义琐碎或明显时，通常使用单个大写字母（以T开头）。例如，在max函数模板中:

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template <typename T>
T max(T x, T y)
{
    return (x < y) ? y : x;
}

我们不需要给T一个复杂的名称，因为它显然只是要比较的值的占位符类型。

我们的函数模板通常使用这种命名约定。

如果模板类型参数的用法或含义不明显，则需要更具描述性的名称。此类名称有两种常见的约定:

1. 以大写字母开头（例如，Allocator）。标准库使用此命名约定。
2. 前缀为T，然后以大写字母开头（例如TAllocator）。这使得更容易看到类型是模板类型参数。

你选择哪一个是个人偏好的问题。

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template< class T, class Compare >
const T& max( const T& a, const T& b, Compare comp ); // 暂时忽略 & ， 我们在后续讲解