模板基础

这一课你将能做到

1. 编写函数模板与类模板，用不同实参类型实例化出各自独立的函数/类
2. 解释 C++ 模板与 Java 泛型的本质区别（编译期实例化 vs 类型擦除）
3. 用模板写一个通用「评测结果」容器，并理解为什么模板要放在头文件里

为什么要学

你每天都在用模板而可能没意识到：std::vector<int>、std::map<std::string, int>、std::unique_ptr<Report>、std::sort——全是模板。STL 能一套代码服务所有类型，靠的就是它。

C++ 模板和 Java 泛型解决同一个问题（类型安全的通用代码），实现路径完全相反：Java 泛型是类型擦除——编译后 List<String> 和 List<Integer> 都是 List，运行期不区分，不能 new T()；C++ 模板是编译期实例化——vector<int> 和 vector<string> 生成两份完全独立的机器码，还能内联优化。理解这个差异，就理解了为什么 C++ 编译慢、二进制大，却几乎没有运行期泛型开销。

判题沙箱里「不同语言的提交用不同评测流程」这类需求，模板是最 C++ 的解法：一份流程代码，编译期生成 N 份特化实现，零虚函数开销。

先建立图像

不用模板：复制粘贴 N 份（改类型改到怀疑人生）

int    maxInt(int a, int b)    { return a > b ? a : b; }
double maxDouble(double a, double b) { return a > b ? a : b; }
string maxString(string a, string b) { ... }

用模板：写一份，编译器帮你生成

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

maxOf(1, 2)      → 编译器实例化出 int 版
maxOf(1.5, 2.5)  → 实例化出 double 版
模板不是一段运行的代码，是一份「生成代码的图纸」

跟着做

步骤 1：第一个函数模板

新建 templates.cpp：

#include <iostream>
#include <string>

template <typename T>              // 声明模板参数 T：一个编译期才能确定的类型
T maxOf(const T& a, const T& b) {  // 传 const 引用：大对象不复制
    return a > b ? a : b;
}

int main() {
    std::cout << maxOf(3, 7) << "\n";              // T = int（自动推导）
    std::cout << maxOf(2.5, 1.5) << "\n";          // T = double
    std::cout << maxOf(std::string("AC"),
                       std::string("WA")) << "\n"; // T = string，比较字典序

    // 显式指定 T：自动推导不出来时用
    std::cout << maxOf<double>(3, 7.5) << "\n";
    // maxOf(3, 7.5);   // 编译错误：int 和 double 推导冲突（T 不能既是又是）
    return 0;
}

g++ -std=c++17 templates.cpp -o templates && ./templates

输出：

7
2.5
WA
7.5

maxOf(3, 7) 与 maxOf(2.5, 1.5) 编译后是两个不同的函数，可以用 nm 或看汇编验证——这就是「实例化」。

步骤 2：多类型参数与模板推导

#include <iostream>
#include <string>

// 两个模板参数：输入输出类型可以不同
template <typename R, typename T>
R convertTo(const T& value) {
    return static_cast<R>(value);
}

// 返回类型依赖两个参数：用 auto 推导（C++14 起支持返回类型推导）
template <typename A, typename B>
auto multiply(A a, B b) -> decltype(a * b) {   // decltype：取表达式的类型
    return a * b;
}

int main() {
    int    i = convertTo<int>(3.9);            // double → int，得 3（截断）
    double d = convertTo<double>(42);          // int → double
    std::cout << i << " " << d << "\n";

    std::cout << multiply(3, 0.5) << "\n";     // int * double → 1.5
    return 0;
}