引言
C++是一种多范式的编程语言，支持面向过程、面向对象以及泛型编程。其中模板和多态是C++语言中非常重要的高级特性。本文将深入探讨模板和多态在C++中的使用和理解。
模板
C++模板是一种用来创建通用代码的工具。模板机制可以生成在不同类型上工作的代码，并且可以在编译时进行类型检查。这种机制使得C++在编写数据结构和算法时更加灵活和高效。
类模板
类模板是一种用来创建通用类的模板。它定义了一个通用类型，可以在不同的实际类型下使用。例如，我们可以定义一个通用的容器类来容纳不同类型的对象：
template <typename T>
class Container {
private:
T element;
public:
void setElement(T e) {
element = e;
}
T getElement() {
return element;
}
};
在上述示例中，typename T是一个占位符类型，可以在创建Container实例时替换为任意类型。通过使用类模板，我们可以通过实例化Container<int>、Container<double>等来得到具体类型的容器对象。
函数模板
函数模板是用于创建通用函数的模板。它可以在不同类型上执行相同的操作。例如，我们可以定义一个通用的swap函数来交换不同类型的变量：
template <typename T>
void swap(T& a, T& b) {
T temp = a;
a = b;
b = temp;
}
在上述示例中，我们使用typename T占位符类型来表示函数的参数和返回类型。通过调用swap<int>(a, b)或swap<double>(x, y)等方式，我们可以对不同类型的变量执行交换操作。
多态
多态是指同一个实体在不同情况下表现出不同的特性和行为。在C++中，多态性的实现可以通过虚函数和继承来实现。
虚函数
虚函数是在基类中声明的函数，可以在派生类中重写。这样，在运行时，根据对象的类型来调用适当的函数。例如：
class Shape {
public:
virtual double area() = 0;
virtual double perimeter() = 0;
};
class Rectangle : public Shape {
private:
double length;
double width;
public:
Rectangle(double l, double w) {
length = l;
width = w;
}
double area() {
return length * width;
}
double perimeter() {
return 2 * (length + width);
}
};
class Circle : public Shape {
private:
double radius;
public:
Circle(double r) {
radius = r;
}
double area() {
return 3.14159 * radius * radius;
}
double perimeter() {
return 2 * 3.14159 * radius;
}
};
在上述示例中，Shape类是一个抽象类，内部的纯虚函数area()和perimeter()需要在派生类中实现。Rectangle和Circle是Shape的具体派生类，它们分别重写了area()和perimeter()方法。通过使用虚函数，我们可以以统一的方式调用不同对象的特定函数，例如：
Shape* shape1 = new Rectangle(5, 8);
Shape* shape2 = new Circle(3);
cout << "Area of rectangle: " << shape1->area() << endl; // 输出：40
cout << "Perimeter of circle: " << shape2->perimeter() << endl; // 输出：18.8495
继承
继承是一种创建新类的方式，它继承了已存在的类的特性和行为。在C++中，派生类可以继承基类的成员变量和成员函数，并且可以添加新的成员变量和成员函数。继承使得代码复用和扩展变得更加容易。
总结
C++的模板和多态是其高级特性之一，能够增强代码的灵活性和可复用性。通过使用模板，我们可以实现通用的类和函数，在不同类型上工作。而多态性则可以实现动态绑定，在运行时根据对象类型来调用相应的函数。这些高级特性让C++成为一门强大而灵活的编程语言。
希望通过本文的介绍，读者能够更深入地理解和使用C++的模板和多态，进一步提升自己的C++编程技能。
参考资料：
