详解C++中函数模板的定义与使用

下面我将详细讲解C++中函数模板的定义与使用，包括以下内容：

1. 函数模板的定义

2. 函数模板的使用

3. 函数模板的特化

4. 两条示例说明

1. 函数模板的定义

函数模板是指泛化了类型的函数实现，它使用了一组类型参数，并且可以根据这组类型参数生成多个相似的函数。函数模板的定义格式如下所示：

template <typename T1, typename T2, ...>
返回值类型 函数名(形参列表)
{
  // 函数实现
}

其中typename T1, typename T2, ...就是类型参数，可以根据需要定义多个类型参数，返回值类型是表示函数返回值类型的关键字，函数名是函数的名称，形参列表则是函数接受的参数。

2. 函数模板的使用

使用函数模板时需要指定模板类型，也就是使用具体类型替换函数模板中的类型参数。函数模板在使用的时候可以通过两种方式来指定类型：

1. 使用自动类型推导

自动类型推导是C++11引入的新特性，在函数模板参数表中可以直接使用auto关键字来代替指定类型，编译器会根据函数调用时的实参类型进行类型推导。例如：

```c++
// 定义一个求最大值的函数模板
template
T max(T a, T b)
{
return a > b ? a : b;
}

// 使用自动类型推导来调用函数模板
cout << max(1, 2) << endl; // 输出2
cout << max(1.1, 2.2) << endl; // 输出2.2
cout << max('a', 'b') << endl; // 输出b
```

1. 显式指定类型

显式指定类型是在调用函数模板时，显式地指定一个类型作为函数调用的模板实参。例如：

```c++
// 定义一个求最大值的函数模板
template
T max(T a, T b)
{
return a > b ? a : b;
}

// 使用显式指定类型来调用函数模板
cout << max(1, 2) << endl; // 输出2
cout << max(1.1, 2.2) << endl; // 输出2.2
cout << max('a', 'b') << endl; // 输出b
```

3. 函数模板的特化

函数模板的特化是指为一个或多个模板参数显式地定义一个模板实现，这个实现与通用模板实现的区别在于，特化模板用于处理特定的模板实参。函数模板特化的方式有两种：

1. 完全特化

完全特化是指为一个特定的模板实参列表提供一个完全独立的模板实现。例如：

```c++
// 完全特化一个求最大值的函数模板
template <>
const char max(const char a, const char* b)
{
return strcmp(a, b) > 0 ? a : b;
}

// 使用特化的函数模板来调用函数
cout << max("hello", "world") << endl; // 输出world
```

1. 部分特化

部分特化是指为一部分模板参数指定实现，对于未指定的模板参数，则使用通用的实现。部分特化通常在类模板中比较常见，函数模板中相对较少用到。

4. 两条示例说明

下面通过两个代码示例来进一步说明函数模板的定义与使用。

1. 实现一个通用的求和函数

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

// 定义函数模板
template <typename T>
T sum(vector<T>& arr)
{
    T sum = 0;
    for (const auto& elem : arr) {
        sum += elem;
    }
    return sum;
}

int main()
{
    vector<int> arr1 = {1, 2, 3, 4, 5};
    cout << sum(arr1) << endl; // 输出15

    vector<float> arr2 = {1.1, 2.2, 3.3, 4.4, 5.5};
    cout << sum(arr2) << endl; // 输出16.5

    return 0;
}

在这个示例中，定义了一个函数模板sum，它可以对任意类型的vector进行求和操作。

1. 实现一个通用的排序函数

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

using namespace std;

// 定义函数模板
template <typename T>
void sort(vector<T>& arr)
{
    std::sort(arr.begin(), arr.end());
}

int main()
{
    vector<int> arr1 = {5, 4, 3, 2, 1};
    sort(arr1); // 对vector进行排序
    for (const auto& elem : arr1) {
        cout << elem << " ";
    }
    cout << endl; // 输出1 2 3 4 5

    vector<double> arr2 = {5.5, 4.4, 3.3, 2.2, 1.1};
    sort(arr2); // 对vector进行排序
    for (const auto& elem : arr2) {
        cout << elem << " ";
    }
    cout << endl; // 输出1.1 2.2 3.3 4.4 5.5

    return 0;
}

在这个示例中，定义了一个函数模板sort，它可以对任意类型的vector进行排序操作，利用了C++标准库中的std::sort函数来实现通用排序。