C++中的模板(template)

网上我最喜欢的技术文章是类似某何君所著“CVS快速入门”或者“UML reference card”之类，简短扼要，可以非常快的领着你进入一个新天地。而对于比较长的文章我通常是将其保存到硬盘上，然后准备着“以后有时间”的时候再看，但它们通常的命运都是“闲坐说玄宗”，直到某一天在整理硬盘时将它们以“不知所云”入罪，一并删除。

这篇小文主要是针对刚刚接触模板概念的读者，希望能帮助读者学习模板的使用。为了避免本文也在诸公的硬盘上遭逢厄运，我决定写的短些。“以后有时间”的时候再补充些内容。

1. 简介

模板是C++在90年代引进的一个新概念，原本是为了对容器类(container classes)的支持[1]，但是现在模板产生的效果已经远非当初所能想象。

简单的讲，模板就是一种参数化(parameterized)的类或函数，也就是类的形态(成员、方法、布局等)或者函数的形态(参数、返回值等)可以被参数改变。更加神奇的是这里所说的参数，不光是我们传统函数中所说的数值形式的参数，还可以是一种类型(实际上稍微有一些了解的人，更多的会注意到使用类型作为参数，而往往忽略使用数值作为参数的情况)。

举个常用的例子来解释也许模板就从你脑袋里的一个模糊的概念变成活生生的代码了：

在C语言中，如果我们要比较两个数的大小，常常会定义两个宏：

#define min(a,b) ((a)>(b)?(b):(a))

#define max(a,b) ((a)>(b)?(a):(b))

这样你就可以在代码中：

return min(10, 4);

或者：

return min(5.3, 18.6);

这两个宏非常好用，但是在C++中，它们并不像在C中那样受欢迎。宏因为没有类型检查以及天生的不安全(例如如果代码写为min(a++, b--);则显然结果非你所愿)，在C++中被inline函数替代。但是随着你将min/max改为函数，你立刻就会发现这个函数的局限性 —— 它不能处理你指定的类型以外的其它类型。例如你的min()声明为：

int min(int a, int b);

则它显然不能处理float类型的参数，但是原来的宏却可以很好的工作！你随后大概会想到函数重载，通过重载不同类型的min()函数，你仍然可以使大部分代码正常工作。实际上，C++对于这类可以抽象的算法，提供了更好的办法，就是模板：

template <class T> const T & min(const T & t1, const T & t2) {
　　return t1>t2?t2:t1;
}

这是一个模板函数的例子。在有了模板之后，你就又自由了，可以像原来在C语言中使用你的min宏一样来使用这个模板，例如：

return min(10,4);

也可以:

return min(5.3, 18.6)

你发现了么？你获得了一个类型安全的、而又可以支持任意类型的min函数，它是否比min宏好呢？

当然上面这个例子只涉及了模板的一个方面，模板的作用远不只是用来替代宏。实际上，模板是泛化编程(Generic Programming)的基础。所谓的泛化编程，就是对抽象的算法的编程，泛化是指可以广泛的适用于不同的数据类型。例如我们上面提到的min算法。

2. 语法

你千万不要以为我真的要讲模板的语法，那太难为我了，我只是要说一下如何声明一个模板，如何定义一个模板以及常见的语法方面的问题。

template<> 是模板的标志，在<>中，是模板的参数部分。参数可以是类型，也可以是数值。例如：

template<class T, T t>
class Temp{
public:
　　...
　　void print() { cout << t << endl; }
private:
　　T t_;
};

在这个声明中，第一个参数是一个类型，第二个参数是一个数值。这里的数值，必须是一个常量。例如针对上面的声明：

Temp<int, 10> temp; // 合法

int i = 10;

Temp<int, i> temp; // 不合法

const int j = 10;

Temp<int, j> temp; // 合法

参数也可

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