c++模版

注意：其他语言也有模版的特性，本文仅介绍c++。

1. 什么是c++的模版？

假设你接到一个需求，这个需求很简单：实现两个数字的相加，数字类型为整型。你该如何实现这个需求？
接到需求后，你一拍脑袋，太简单了，于是你的第一版代码实现了。

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

满怀信心的你提交了代码，却被告知，这样的代码不具备复用性。如果此时需求要新增一个浮点型相加，你要怎么办？碰了灰的你，想了想，整型和浮点型代码逻辑完全相同，但是因为类型不同，却要实现两个不同的函数，如果这样的话，代码就要像下面这样

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

float add(float a, float b) {
    return a + b;
}

可以看到除了类型之外，其余代码完全相同，有没有什么好方法，能用一个函数就囊括两种不同类型的变量的代码逻辑呢？
或许c++的模版可以帮助你。

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1.1 c++模版

正如上面的场景提到的，c++模版提供了将参数类型模版化（模版参数）的能力，即可以利用模版，用同一套代码实现不同类型的相同逻辑。
c++的模版化，可以针对不同的实体，比如类、函数、类型、变量等。
模版的基本语法如下

template <parameter-list>

其中parameter-list就是模版参数，模版参数有如下几种类型

• ## 类型模版参数，尖括号中使用class或者typename作为关键词，T代表某种类型。
  template<class T>
  template<typename T>

  这种模版参数将类型T作为一种模版，可以很好地解决本文前述的需求。此处可以通过class或者typename定义。为什么要规定使用两种方式来定义类型模版参数？此处有两个原因，第一：历史原因，在早期只能用class定义类型模版参数，但是class与c++中class关键字容易混淆，让人以为这里是一个自定义class类型，故使用typename实现更泛化性的表达。第二：在某些场景，比如模版嵌套类型中必须使用typename进行类型的声明。比如

  template <typename T>
  class Container {
  public:
       using value_type = T;
  };
  // 模板函数，使用嵌套依赖类型
  template <typename C>
  void printValue(const C& container) {
       // 使用typename来告诉编译器C::value_type是一个类型
       typename C::value_type value = typename C::value_type();
       std::cout << "Default value: " << value << std::endl;
  }

  在函数printValue中，若没有typename声明 C::value_type，那么编译器会认为其是一个静态成员变量或者函数，而非类型。

• // 非类型模版参数，尖括号中使用类型 + 变量名的方式定义
  template<int a>

  非类型模版参数和我们普通函数中的参数类似，但是和普通函数不同的是，模版中的参数是在编译时确定，而普通函数中的参数，在运行确定。所以非类型模版的参数通常在模版元编程时非常有用。

• // 模版模版参数（俄罗斯套娃）
  template<template<typename> typename T>
  
  // 以下定义了一个容器类，然后将容器通过模版模版参数的方式集成到一个Map模版类型，这样可以比较方便的替换Map中具体的类实现。这种方法在STL中比较常见。
  template<typename T>
  class my_array {};
   
  // 在Map的模版定义中，使用template<typename> typename C = my_array指定了一个默认的容器模版类。
  template<typename K, typename V, template<typename> typename C = my_array>
  class Map
  {
      C<K> key;
      C<V> value;
  };

  注意模版模版参数的声明和定义方式。

1.2 c++模版的使用注意事项

• 模版定义和实现问题：与普通的函数不同的是，通过模版定义的函数或者类，它只是一个代码蓝图，而非真正的c++代码。模版的定义只是给了编译器一种生成代码的规范，即编译器可以通过模版自动实现一些代码。这和普通函数编译过程不同，为了编译器在编译阶段能看到模版血肉而非脉络，模版的定义和实现必须放到同一个h文件中。
• 虚函数不能作为模版函数：虚函数是运行时通过不同类实例中的虚表实现的，而模版参数是在编译期需要确定的，两者有冲突。再深入一点理解，当代码中调用一个虚函数时，这个虚函数后续真正执行的函数，只有在运行期才能确定，所以当我们把一个虚函数定义为模版函数时，编译器无法在编译期确定要调用哪一个函数，那么也就更谈不上用什么参数去实例化模版。（这里有一个先后关系，即编译器要先确定用哪个模版函数进行实例化，然后根据具体的参数实例化这个模版函数。）

2. 进阶用法

2.1 模版偏特化

2.2 萃取

2.3