前言

有些人提到C++模板就會下意識地覺得可怕、看不懂、避而遠之。其實模板並不複雜，而且熟練後可以用在日常工作中，可以幫助我們重用代碼，讓代碼更簡潔、易讀、可維護。希望這個系列的文章，能夠讓更多人發現模板的魅力，幫助大家寫出更高質量的代碼。

我們為什麼需要模板

我們有時候會遇到這樣的情況：同樣的函數，我們要為不同的類型寫不同的版本，內容與邏輯都是一摸一樣的，只有他們的類型不一樣。比如我們寫一個max函數，傳入兩個數字，返回大的數字。很自然地，兩個參數的類型和返回的類型必須是相同的。如果不使用模板，我們需要使用函數重載，為不同的類型寫不同的函數：

int max(int a, int b)
{
     return a < b ? b : a;
}

float max(float a, float b)
{
     return a < b ? b : a;
}

這裡我只寫了2個函數，實際上short, long, unsigned, double等等類型都需要專門的max函數，結果就是需要寫十幾個幾乎一摸一樣的代碼。如果函數功能更複雜一些，函數實現需要更多行，就會出現大量冗餘重覆的代碼，而且不容易維護，很容易出錯。這個時候如果我們能夠根據特定的模板批量生成一系列代碼，將會方便很多。為此，我們可以使用C++中的模板

什麼是模板

顧名思義，模板就是編譯器生成代碼用的模子。模板有兩類，函數模板和類模板（C++14開始出現了變數模板，不過不在此討論）。如果想要生成函數代碼，則需要用函數模板，如果想要生成類定義，則需要用到類模板。這篇文章會先介紹函數模板，下篇文章再介紹類模板。

函數模板

我們可以為上面的一系列max函數寫一個函數模板。

template<typename T>
T max(T a, T b)
{
     return a < b ? b : a;
}

我們暫時不細說語法，先看一看大致的樣子，其實函數模板的長相和普通的函數是很像的。

好了，我們已經定義了一個函數模板，那麼怎麼去生成函數代碼？事實上我們不需要做額外的事情，如果我們使用了max函數，編譯器就會自動幫我們生成對應類型的代碼。函數模板的使用方式很簡單，只需要在模板的名字後面寫一對尖括弧，尖括弧內寫上實參列表就可以使用了。

double d = max<double>(1.2, 2.4);

編譯器看到這一行，就會自動幫我們生成double版本的max函數，生成出來的函數等價於把函數模板中的所有T都替換成double。在這裡max<double>可以看做是double版本的max函數的函數名，我們甚至還可以用&max<double>來獲取這個函數的地址。

我們來看一個更複雜的例子

template<typename T, int i>
T create()
{
    T value();
    return value + i;
}

int main()
{
    float f1 = create<float, 1>();    // f1 == 1.0
    float f2 = create<float, 2>();    // f2 == 2.0
}

這個例子裡面我們定義了一個create函數模板，根據模板創建並使用了兩個函數create<float, 1>和create<float, 2>。要註意的是，這兩個函數是不同的函數，有不同的函數體，和不同的函數地址。他們兩個分別等價於

float create()    // create<float, 1>
{
    float value();
    return value + 1;
}

float create()    // create<float, 2>
{
    float value();
    return value + 2;
}

我們總結一下函數模板的語法，模板定義由template關鍵字開始，後面跟著一對尖括弧，尖括弧裡面是模板形參列表，也就是模板的參數。模板形參列表的寫法和函數形參列表的寫法是很相似的。都是“類型 參數名, 類型 參數名, ...”這種形式。上面的例子中，模板形參列表就是“typename T, int i”。我們註意到，模板形參列表需要為每個形參指定一個類型，這個是因為形參不一定是C++類型，還可以是具體的值，例如數字，指針等等。如果形參是一個類型，則需要使用typename關鍵字來表示形參的類型，如果形參是一個值，則需要寫上這個值的類型。在使用模板的時候，要在模板的名字後面加一對尖括弧，尖括弧裡面是模板實參列表，在上面的例子中，實參列表就是“float, 1”和“float, 2”。與函數調用類似，使用模板的時候編譯器會檢查實參列表的類型與形參列表的類型是否匹配，不匹配的話會報錯。

使用函數模板的優點

我們可以從上面的例子中看出，用函數模板更方便簡潔，不需要重覆寫類似的重載函數。除此外，因為函數代碼是在使用的時候生成出來的，所以如果我們沒有使用這個函數，編譯器就不會生成這個代碼，這樣我們可以減小程式的大小。例如，我們使用了max<double>，但是沒有使用max<int>，那麼程式中只有max<double>函數，不會有max<int>函數。