函数模板

在前面的学习中，我们已经掌握了 C++ 的基础语法、流程控制、函数、数组、指针和面向对象等等内容。这些知识让我们能够编写结构化的程序，解决各种实际问题。

但是你有没有遇到过这样的情况：

你需要写一个函数来交换两个整数的值，然后又需要写一个函数来交换两个浮点数的值，甚至还要写一个函数来交换两个字符串的值。

按照之前的方法，我们首先想到的应该是建立三个函数，分别处理这类情况：

void swap_int(int &a, int &b) {
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

void swap_float(float &a, float &b) {
    float temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

void swap_string(std::string &a, std::string &b) {
    std::string temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

功能的确实现了，但是很显然，这非常的不雅观。每次我们需要处理不同类型的数据时，都要重新编写一遍类似甚至相同的代码，这不仅增加了代码量，还容易出错和难以维护。

C++ 提供了一种强大的机制，能够让我们编写通用的代码，一次编写，适用于多种类型，这就是模板编程（Template Programming）。

在了解模板之前，我们需要先了解一下什么是泛型。

什么是泛型？

在编程中，泛型（Generic Programming）是一种让代码能够适用于多种数据类型的思想。它的核心目标是：编写与类型无关的算法和数据结构，让你的代码更加通用、灵活和可复用。

你可以把泛型理解为“类型参数化”——就像数学公式里的变量一样，代码中的类型也可以用参数来表示，等到实际使用时再指定具体类型。

在现代编程语言中，泛型的使用非常普遍。而 C++ 通过模板机制实现了强大的泛型编程能力。

什么是模板？

模板是 C++ 提供的一种泛型编程工具。它允许我们在编写代码时不指定具体的数据类型，而是在使用时再确定类型。这样，我们就可以用同一份代码处理不同类型的数据，提高代码的复用性和灵活性。

你可以把模板想象成“代码工厂”，它可以根据你给定的类型参数，自动生成对应类型的代码。

模板的最大优势就是泛型——让代码可以适用于多种类型，避免重复劳动。例如：

• 写一个通用的排序函数，可以排序整数、浮点数、字符串等各种类型的数组
• 写一个通用的容器类（如 vector、map），可以存储任意类型的数据
• 写一个通用的算法，可以处理不同类型的数据结构

模板是 C++ 标准库（STL）中很多强大功能的基础，比如 std::vector<T>、std::sort、std::pair<T1, T2> 等等。

模板编程的核心思想是类型参数化。你可以在定义函数、类、结构体等时，使用模板参数来代替具体的类型。编译器在编译时会根据你实际传入的类型，自动生成对应的代码。

在 C++ 中有很多种模板的类型，如函数模板、类模板、变量模板等等。本节将主要介绍函数模板的使用方法。

函数模板的语法

函数模板的基本语法如下：

template <typename T> // 也可以使用 template <class T> 来代替，两者效果一致
返回类型 函数名(参数列表) {
    // 函数体，在函数体内（参数列表也行），可以使用 T 作为类型来使用
}

其中，模板参数可以有多个，使用逗号分隔：

template <typename T1, typename T2>
// ......

以上方的 swap 函数为例，我们可以使用模板来简化代码，实现一个通用的交换函数：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

template <typename T>
void swap(T &a, T &b) {
    T temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

int main() {
    int x = 1, y = 2;
    swap(x, y);
    cout << x << " " << y << endl; // 输出 2 1

    double a = 3.14, b = 2.71;
    swap(a, b);
    cout << a << " " << b << endl; // 输出 2.71 3.14

    string s1 = "hello", s2 = "world";
    swap(s1, s2);
    cout << s1 << " " << s2 << endl; // 输出 world hello

    return 0;
}

这样，无论是 int、double、string 还是你自定义的类型，都可以用同一个函数来交换。

当然，你也可以显式的制定类型参数：

template <typename T>
T max(T x, T y) {
    // ...Some code
}

int main() {
    max<int>(1, 2);
    max<double>(1, 2);

    return 0;
}