第九章模板

本质：模板是 C++ 中编译期多态（静态多态）的实现方式，也是泛型编程（Generic Programming）的基础。它本身不是可执行代码，而是编译器用来生成代码的蓝图（模具）。它将“数据类型”抽象为参数，从而避免为每种类型重复编写逻辑。
发生时期：发生在编译期（Compile-time）。编译器在遇到具体调用时，进行模板实例化（Instantiation），用具体类型替换模板参数，生成真正的函数或类代码。
重要特性（延迟实例化）：对于类模板，只有被使用的成员函数才会被实例化。未被调用的成员函数即使存在语法错误，只要不涉及模板参数的具体语义，编译依然可能通过。

基本语法：

// 函数模板
template <typename T, int N> // T为类型参数，N为非类型参数
T func(T a) { return a + N; }

// 类模板
template <class T>
class MyClass { /* ... */ };

关键字：
- template：声明模板的必需关键字。
- typename 与 class：在模板参数列表中，两者完全等价。推荐使用 typename，语义更清晰。
- 依赖类型：当涉及依赖于模板参数的类型（如 T::iterator）时，必须使用 typename 显式声明它是一个类型，例如 typename T::value_type val;。
- <>：尖括号，用于包裹模板参数列表。

维度	隐式实例化 (Implicit)	显式实例化 (Explicit)
触发者	编译器（根据代码调用自动推导）	程序员（手动编写代码强制生成）
语法	`max(1, 2);` 或 `MyClass<int> obj;`	`template int max<int>(int, int);` `template class MyClass<int>;`
特点	只有被调用的类型才会实例化；同一类型多次调用只实例化一次。	无论是否被调用，都会生成代码。
工程用途	常规使用。	1. 显式实例化定义：将模板实现隐藏在 `.cpp` 中，减少头文件暴露。 2. 显式实例化声明（`extern template class MyClass<int>;`）：C++11 引入，告诉编译器其他编译单元已实例化，本单元不要重复生成，极大缩短编译时间。

统称：模板参数（Template Parameters）。
细分类：
- T、K、V：类型参数（Type Parameters）。T 代表 Type，K 代表 Key，V 代表 Value。
- ...Args：模板参数包（Template Parameter Pack）。Args 是名字，... 表示零个或多个。
- int N：非类型参数（Non-type Parameter）。必须是编译期常量（整型、枚举、指针、引用，C++20 后支持浮点数等）。
- template <typename T> class Container：模板模板参数（Template Template Parameter）。

重载决议（Overload Resolution）规则：
1. 精确匹配优先：如果普通函数和模板都能提供精确匹配，优先选择普通函数（普通函数不需要推导，更省编译时间）。
2. 转换优先：如果普通函数需要隐式类型转换（如 int 转 double），而模板能推导出精确类型（如 T 推导为 int），则优先选择模板。
3. 强制调用模板：使用空模板实参列表 max<>(a, b); 可以强制编译器只考虑模板。
4. 特化优先：如果存在针对该类型的模板特化（Specialization），则特化版本优先于普通模板和普通函数。
总结记忆：在匹配程度相同的前提下，优先级为：普通函数 > 模板特化 > 普通模板。

名称：可变参数模板（Variadic Templates）（C++11 引入）。
组成部分：
- template <typename... Args>：Args 是模板参数包。
- void func(Args... args)：args 是函数参数包。
作用：允许模板接受任意数量、任意类型的参数。它是实现完美转发（std::forward）、std::thread、std::make_unique 等标准库设施的基石。
如何展开（C++17 前后差异）：
- C++11/14 方式：递归展开。需要写一个递归终止函数（处理最后一个参数），然后不断剥离第一个参数递归调用。
- C++17 方式：折叠表达式（Fold Expressions）。极大简化了代码，例如：
```
template <typename... Args>
auto sum(Args... args) {
    return (args + ...); // 折叠表达式，自动展开为 args1 + args2 + ...
}
```
- 使用 sizeof...(Args) 可以获取参数个数。

基本使用：

template <typename T>
class Box {
    T content;
public:
    Box(T c) : content(c) {}
    T get() { return content; }
};

实例化：
- C++17 之前：必须显式指定类型。Box<int> b(10);
- C++17 及以后（CTAD）：支持类模板参数推导（Class Template Argument Deduction）。Box b(10);（编译器自动推导为 Box<int>）。
成员函数类外定义：必须重新加上 template 声明。
```
template <typename T>
T Box<T>::get() { return content; }
```
类模板的特化：
- 全特化（Full Specialization）：template <> class Box<bool> { ... };（针对特定类型完全重写）。
- 偏特化（Partial Specialization）：template <typename T> class Box<T*> { ... };（针对指针类型等特定模式重写）。

💡 进阶补充：
在现代 C++ 工程与面试中，除了上述基础，还需掌握 SFINAE（替换失败并非错误）、Concepts（C++20 概念约束） 以及 模板元编程（TMP），这些是区分 C++ 初级与高级开发者的重要分水岭。

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