一、什么是泛型编程？
在传统的编程中，我们常常需要为不同的数据类型编写不同的代码，以确保程序的正确性和效率。然而，泛型编程的出现改变了这一格局。泛型编程允许我们编写与数据类型无关的通用代码，从而提高代码的重用性和可维护性。
C++中的泛型编程主要依赖于模板（Template）这一特性。通过模板，我们可以编写通用的函数和类，使其可以适用于不同的数据类型，而不需要为每种数据类型都编写一份特定的代码。
二、模板基础
1. 函数模板
让我们从最简单的函数模板开始，以一个通用的交换函数为例：
template <typename T>
void swapValues(T &a, T &b) {
T temp = a;
a = b;
b = temp;
}
在这个例子中，template 声明了一个模板，T 是一个占位符，表示后面可以使用不同的数据类型。这个函数可以在整型、浮点型、自定义类型等多种类型中使用。
2. 类模板
除了函数模板，我们还可以使用类模板来创建通用的类。例如，一个简单的栈（Stack）类模板：
template <typename T>
class Stack {
private:
std::vector<T> elements;
public:
void push(const T &value) {
elements.push_back(value);
}
T pop() {
if (elements.empty()) {
throw std::out_of_range("Stack is empty");
}
T top = elements.back();
elements.pop_back();
return top;
}
};
这个类模板可以用于创建包含不同数据类型元素的栈。
三、泛型编程的优势
1. 代码重用
泛型编程使得我们可以编写一次通用的代码，然后在多个地方重用，而不需要为每种数据类型都编写特定的实现。这显著减少了代码冗余，提高了开发效率。
2. 灵活性和可扩展性
通过泛型编程，我们可以在不牺牲性能的情况下，保持代码的灵活性。例如，STL（Standard Template Library）中的容器和算法就大量使用了泛型编程，使得它们可以适用于各种场景。
3. 类型安全
使用泛型编程可以提高代码的类型安全性。编译器在编译时会对模板进行类型检查，确保类型匹配，从而避免在运行时出现类型错误。
四、高级泛型技术
除了基本的函数和类模板外，C++还提供了一些高级的泛型编程技术，如模板特化、模板偏特化、可变模板参数等。这些技术进一步提升了泛型编程的表达能力和灵活性。
1. 模板特化
模板特化允许我们为特定的数据类型提供定制化的实现。例如，我们可以为特定类型的数据定义特殊的行为：
// 模板通用实现
// 模板通用实现
template <typename T>
class MyClass {
public:
void print() {
std::cout << "Generic Template" << std::endl;
}
};
// 模板特化
template <>
class MyClass<int> {
public:
void print() {
std::cout << "Specialized Template for int" << std::endl;
}
};
2. 可变模板参数
可变模板参数允许模板接受不定数量的参数。这在编写通用函数时非常有用，例如，实现一个通用的打印函数：
template <typename... Args>
void print(Args... args) {
(std::cout << ... << args) << std::endl;
}
这使得我们可以像使用printf一样，传入不同数量的参数进行打印。
五、结语
尽管泛型编程提供了许多优势，但在实践中也面临一些挑战。其中之一是模板错误信息可能难以理解，特别是在模板嵌套较深或使用了高级技术的情况下。
泛型编程是C++中一个强大而灵活的特性，为我们提供了编写通用、高效、类型安全的代码的工具。通过合理运用模板，我们能够在不同场景中实现代码的最大化重用，提高开发效率。
原文地址：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzkwMDQxNjE4OA==&mid=2247490166&idx=1&sn=188da7e081f20a2c5982e4cc399c9c68
