面试题：C++模板与代码复用

函数模板工作原理

定义：函数模板是一种通用的函数定义，它使用模板参数来代表不同的数据类型。通过模板参数，一个函数模板可以生成针对多种数据类型的具体函数实例。
实例化：当编译器遇到函数模板的调用时，它会根据调用中使用的实际参数类型，生成一个特定类型的函数实例。例如，假设有一个函数模板 template <typename T> T add(T a, T b) { return a + b; }，当调用 add(1, 2) 时，编译器会生成一个 int 类型的 add 函数实例 int add(int a, int b) { return a + b; }。

类模板工作原理

定义：类模板允许定义一个通用的类，其中的成员变量和成员函数的类型由模板参数决定。与函数模板类似，类模板使用模板参数来表示不同的数据类型。
实例化：类模板的实例化是在创建对象时进行的。例如，template <typename T> class Stack { /*... */ };，当使用 Stack<int> s; 时，编译器会生成一个 int 类型的 Stack 类实例，其中所有与 T 相关的类型都被替换为 int。

提高代码复用性的优势

减少重复代码：对于不同数据类型但逻辑相同的函数或类，无需为每种数据类型编写重复的代码。例如，对于排序算法，使用函数模板可以为 int、double 等多种类型使用同一套排序逻辑。
增强代码可读性和可维护性：模板使代码更加简洁，并且只需在一处修改通用逻辑，所有实例化都会受到影响。

通用排序算法示例

// 函数模板实现通用的冒泡排序
template <typename T>
void bubbleSort(T arr[], int n) {
    for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
        for (int j = 0; j < n - i - 1; j++) {
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                T temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = temp;
            }
        }
    }
}

通过这个函数模板，可以对不同类型的数组进行排序，如 int 数组 int arr1[] = {3, 2, 1}; bubbleSort(arr1, 3); 或 double 数组 double arr2[] = {3.1, 2.1, 1.1}; bubbleSort(arr2, 3);，极大提高了代码复用性。

模板特化及其作用

定义：模板特化是针对特定类型对模板进行特殊实现。当模板的通用实现不能满足特定类型的需求时，可使用模板特化。
作用：在通用排序算法场景下，如果有一个自定义类，其比较逻辑与普通数值类型不同，就可以使用模板特化。例如：

class MyClass {
public:
    int value;
    MyClass(int v) : value(v) {}
};
// 模板特化
template <>
void bubbleSort<MyClass>(MyClass arr[], int n) {
    for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
        for (int j = 0; j < n - i - 1; j++) {
            if (arr[j].value > arr[j + 1].value) {
                MyClass temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = temp;
            }
        }
    }
}

这样，针对 MyClass 类型的数组，就可以使用特化后的 bubbleSort 进行排序，满足了特定类型的特殊需求，同时又保留了通用模板的复用性。

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