深入探索Python中的泛型编程特性

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1. 前言

泛型编程的引入主要是为了解决代码重用的问题。在没有泛型的情况下，如果你想要实现一个功能（比如排序或查找），对于不同类型的数据（整数、浮点数、字符串等）你可能需要写多个几乎相同的函数。这不仅增加了代码量，也增加了维护成本和出错的机会。泛型编程允许你编写与类型无关的代码，从而使得一个函数或一个类可以用于多种类型，减少了代码的重复，提高了代码的复用性和可维护性。

1.1 函数模板

在 C++ 中，函数模板是实现函数泛型的机制。通过定义一个函数模板，你可以让函数对多种类型的数据进行操作。下面是一个简单的例子，说明如何使用函数模板来实现一个泛型的 swap 函数，它可以交换任意类型的两个值：

template<typename T>
void swap(T& a, T& b) {
   
    T temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

在这个例子中，template<typename T> 告诉编译器这是一个模板，其中 T 是一个类型占位符，代表任意类型。当你使用这个函数时，比如 swap(x, y)，编译器会根据 x 和 y 的类型自动生成适合这些类型的函数代码。

📝 C++ 编译器会根据函数模板在编译期间生成多个函数版本（这一过程又叫函数模板的实例化），这些函数版本分别对应不同的传入类型，也就是说，函数模板本质上是代码生成的一种方式，它会根据模板参数类型动态生成不同的函数定义。

函数模板的实例化分为隐式实例化和显式实例化两种。

隐式实例化是指，当你使用一个模板函数时，编译器会根据传递给模板函数的参数类型自动生成一个特定版本的函数，这个过程称为隐式实例化。你不需要明确指出要使用的类型，编译器会根据上下文推断出来：

int x = 10, y = 20;
swap(x, y); // 隐式实例化为 swap<int>(int&, int&)

在这个例子中，编译器看到 x 和 y 都是 int 类型，因此它会自动生成一个 swap<int> 的实例。这个过程是自动的，发生在编译时，你作为开发者不需要显式地指定类型。

有时候，你可能想要显式地告诉编译器生成特定类型的函数模板实例，这就是所谓的显式实例化。这可以通过在函数名后添加模板参数来实现：

double a = 1.1, b = 2.2;
swap<double>(a, b); // 显式实例化为 swap<double>(double&, double&)

在这里，<double> 显式指定了模板参数 T 应该是 double 类型。这样编译器就会生成一个接受 double& 类型参数的 swap 函数版本。

1.2 类模板

与函数模板类似，类模板允许你定义能够操作任意类型的类。例如，你可能想要一个能够存储任何类型元素的数组类。使用类模板，你可以这样做：

template<typename T>
class Array {
   
private:
    T* data;
    size_t size;
public:
    Array(size_t size) : size(size), data(new T[size]) {
   }
    ~Array() {
    delete[] data; }

    T& operator[](size_t index) {
   
        return data[index];
    }

    size_t getSize() const {
    return size; }
};

在这个 Array 类的模板

作者：Iareges