实现一个通用的交换函数模板

题目

实现一个通用的交换函数模板

信息

• 类型：问答
• 难度：⭐

考点

函数模板定义,模板参数推导,模板实例化

快速回答

通过函数模板实现类型无关的交换操作：

• 使用template <typename T>声明模板参数
• 定义函数参数为引用类型T& a, T& b实现原地交换
• 在函数体内使用临时变量完成值交换
• 编译器根据调用时的实参类型自动实例化具体函数

原理说明

函数模板允许编写与类型无关的通用代码。编译器在调用点根据实际参数类型自动生成具体函数（实例化）。本例中：

• typename T 声明类型参数占位符
• 引用参数 T& 确保直接修改原始对象
• 模板实例化发生在编译期间，无运行时开销

代码示例

// 函数模板定义
template <typename T>
void swapValues(T& a, T& b) {
    T temp = a;  // 类型T的临时变量
    a = b;
    b = temp;
}

// 使用示例
int main() {
    // int 类型实例化
    int x = 10, y = 20;
    swapValues(x, y);  // 编译器生成 swapValues(int&, int&)

    // string 类型实例化
    std::string s1 = "Hello", s2 = "World";
    swapValues(s1, s2);  // 编译器生成 swapValues(string&, string&)

    return 0;
}

最佳实践

• 使用引用参数避免不必要的拷贝（尤其对大对象）
• 模板定义通常放在头文件中（编译器需在调用点看到完整定义）
• 考虑添加 constexpr 修饰符（C++11起）使函数可用于编译时计算
• 实际开发中应优先使用标准库 std::swap

常见错误

• 错误1：忘记引用符号导致值传递（无法修改原始对象）

  // 错误写法
  template <typename T>
  void swapValues(T a, T b) { ... }  // 值传递，交换无效

• 错误2：模板参数类型不一致

  int a = 5;
  double b = 3.14;
  swapValues(a, b);  // 编译错误：无法推导出匹配的T类型

• 错误3：在非模板函数前加 template 关键字

扩展知识

• 类型推导规则：编译器根据实参推导模板参数类型，要求所有参数类型一致
• 显式实例化：可强制生成特定类型的版本 template void swapValues<int>(int&, int&);
• 与宏的区别：模板是类型安全的，支持调试和重载，而宏是文本替换
• C++标准库实现：std::swap 通过移动语义（C++11）优化大对象交换效率