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「C++系列」模板

article 2024/11/20 11:48:02

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文章目录

一、模板
- 1. 函数模板
- 2. 类模板
- 3. 模板特化
二、应用场景
- 1. 应用场景
- 2. 案例代码
- - ①泛型排序算法
  - ②泛型类模板
三、相关链接

一、模板

C++ 模板是C++支持泛型编程的工具，它允许程序员编写与类型无关的代码。模板主要分为两类：函数模板和类模板。

1. 函数模板

函数模板允许你定义一个函数，这个函数可以对不同类型的参数进行操作。函数模板的定义以template关键字开始，后面跟随模板参数列表（通常是类型参数），然后是函数参数列表和函数体。

#include <iostream>

// 函数模板定义
template<typename T>
T max(T a, T b) {
    return (a > b) ? a : b;
}

int main() {
    std::cout << "Max(5, 3) = " << max(5, 3) << std::endl; // 调用int类型的max
    std::cout << "Max(5.5, 4.6) = " << max(5.5, 4.6) << std::endl; // 调用double类型的max
    return 0;
}

在这个例子中，max函数模板可以工作于任何可以比较大小的类型上。

2. 类模板

类模板允许你定义类，这些类可以与不同类型的数据一起工作。与函数模板类似，类模板的定义也是以template关键字开始，后面跟随模板参数列表，然后是类定义。

#include <iostream>

// 类模板定义
template<typename T>
class Box {
private:
    T value;
public:
    Box(T val) : value(val) {}
    void display() {
        std::cout << "Value: " << value << std::endl;
    }
};

int main() {
    Box<int> intBox(10);
    intBox.display(); // 输出：Value: 10

    Box<double> doubleBox(3.14);
    doubleBox.display(); // 输出：Value: 3.14

    return 0;
}

在这个例子中，Box类模板可以被实例化为int类型的Box或double类型的Box，或任何其他类型的Box。

3. 模板特化

有时候，你可能需要对模板的某个特定类型进行特殊处理。这可以通过模板特化来实现。模板特化可以是完全特化（指定所有模板参数的具体类型）或部分特化（仅指定部分模板参数的具体类型）。

// 模板特化示例
template<>
class Box<char> {
private:
    char value;
public:
    Box(char val) : value(val) {}
    void display() {
        std::cout << "Character: " << value << std::endl;
    }
};

// 现在Box<char>有了特定的实现

二、应用场景

C++模板是C++支持泛型编程的一种重要方式，它允许程序员编写与类型无关的代码，从而提高了代码的重用性和灵活性。C++模板的应用场景广泛，以下是一些常见的应用场景及案例代码。

1. 应用场景

容器类模板：

用于实现如向量（std::vector）、列表（std::list）和映射（std::map）等容器，这些容器可以存储任何类型的数据，而无需编写特定类型的代码。

算法模板：

实现通用的算法，如排序（std::sort）、搜索（std::find）和查找（std::binary_search）等，这些算法可以在任何类型的数据上工作，而无需修改代码。

泛型函数模板：

允许定义可以处理不同类型参数的函数。例如，可以定义一个比较两个值大小的函数模板，它可以用于比较整数、浮点数等。

类模板：

定义一个类模板，该类可以处理不同类型的成员变量和方法。例如，可以定义一个通用的栈或队列类模板，它们可以存储任何类型的数据。

元编程模板：

用于执行元编程，其中代码在编译时生成。这可用于创建用于反射和代码生成的高度灵活和通用的库。

2. 案例代码

①泛型排序算法

#include <iostream>
#include <algorithm> // 用于std::swap

// 泛型排序函数模板
template<typename T>
void sort(T arr[], int size) {
    for (int i = 0; i < size - 1; i++) {
        for (int j = i + 1; j < size; j++) {
            if (arr[i] > arr[j]) {
                std::swap(arr[i], arr[j]);
            }
        }
    }
}

int main() {
    int arr1[] = {1, 3, 2};
    sort(arr1, 3); // 排序整型数组
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        std::cout << arr1[i] << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    double arr2[] = {3.14, 1.59, 2.65};
    sort(arr2, 3); // 排序双精度浮点型数组
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        std::cout << arr2[i] << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

②泛型类模板

#include <iostream>

// 泛型类模板
template<typename T>
class Box {
private:
    T value;
public:
    Box(T val) : value(val) {}
    void display() {
        std::cout << "Value: " << value << std::endl;
    }
};

int main() {
    Box<int> intBox(10);
    intBox.display(); // 输出：Value: 10

    Box<double> doubleBox(3.14);
    doubleBox.display(); // 输出：Value: 3.14

    return 0;
}