【C++语言】模板

当谈到C++中的模板时，我们在谈论一种强大的工具，它允许程序员编写通用的代码，而不必为特定类型编写多个版本。模板使得编写可重用和灵活的代码变得更加容易，因为它们允许您编写与任何数据类型一起使用的通用算法和数据结构。

什么是模板？

模板是一种机制，它允许程序员编写通用的函数或类，而不必指定将要操作的确切数据类型。这使得编写可重用的代码变得更容易。C++中有两种主要类型的模板：

函数模板： 它允许您编写一个通用函数，可以处理多种不同类型的参数。
类模板： 它允许您编写一个通用类，可以在不同类型的数据上操作。

函数模板

让我们首先看一个简单的函数模板示例，该模板可以交换任意类型的两个值：

#include <iostream>// 定义一个函数模板
template <typename T>
void swapValues(T &a, T &b) {T temp = a;a = b;b = temp;
}int main() {int x = 5, y = 10;std::cout << "Before swapping: x = " << x << ", y = " << y << std::endl;swapValues(x, y);std::cout << "After swapping: x = " << x << ", y = " << y << std::endl;double a = 3.5, b = 7.8;std::cout << "Before swapping: a = " << a << ", b = " << b << std::endl;swapValues(a, b);std::cout << "After swapping: a = " << a << ", b = " << b << std::endl;return 0;
}

在这个例子中，swapValues 是一个模板函数，它使用了模板声明 template <typename T>。这个模板函数可以交换任何类型的两个值。

类模板

现在，让我们看一个类模板的示例，我们将实现一个简单的通用栈数据结构：

#include <iostream>// 定义一个类模板
template <typename T>
class Stack {
private:T *stackArray;int top;int capacity;public:Stack(int size) : capacity(size), top(-1) {stackArray = new T[size];}~Stack() {delete[] stackArray;}void push(const T &item) {if (top == capacity - 1) {std::cerr << "Stack overflow!" << std::endl;return;}stackArray[++top] = item;}T pop() {if (top == -1) {std::cerr << "Stack underflow!" << std::endl;return T();}return stackArray[top--];}bool isEmpty() const {return top == -1;}
};int main() {Stack<int> intStack(5);intStack.push(10);intStack.push(20);intStack.push(30);while (!intStack.isEmpty()) {std::cout << intStack.pop() << " ";}std::cout << std::endl;Stack<double> doubleStack(5);doubleStack.push(3.5);doubleStack.push(7.8);while (!doubleStack.isEmpty()) {std::cout << doubleStack.pop() << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

在这个例子中，Stack 是一个类模板，它接受一个类型参数 T。这允许我们实现一个通用的栈数据结构，可以存储任何类型的元素。

模板特化

除了通用模板之外，C++还支持模板特化，它允许您为特定的类型提供自定义实现。例如，对于某些类型，可能需要不同的行为。下面是一个简单的示例：

#include <iostream>// 通用模板
template <typename T>
void printValue(const T &value) {std::cout << "Generic function: " << value << std::endl;
}// 模板特化
template <>
void printValue(const char &value) {std::cout << "Specialized function for char: " << value << std::endl;
}int main() {printValue(5);      // 调用通用函数printValue(3.14);   // 调用通用函数printValue('A');    // 调用特化函数return 0;
}