【C++】詳解C++的模板

概念

?編輯

?語法

函數模板

類模板

?非類型模板參數

模板的特化

函數模板特化

類模板特化

全特化

偏特化

分離編譯

概念

模板是C++中非常厲害的設計，模板把通用的邏輯剝離出來，讓不同的數據類型可以復用同一種模板的邏輯，甚至可以讓不同的邏輯復用同一種模板邏輯（仿函數的設計）

【C++】詳解STL的適配器容器之一：優先級隊列 priority_queue-CSDN博客

模板可以幫助我們實現代碼的重用和泛化，提高代碼的靈活性和可維護性。

STL的容器就是對模板很好的運用，可參考

【C++】詳解STL容器之一的 vector-CSDN博客

【C++】詳解STL的容器之一：list-CSDN博客

?語法

template <typename T> //可以寫成template <class T> 
class MyClass {// ...
};template <typename T> //可以寫成template <class T> 
T add(T a, T b) {return a + b;
}

在上面的示例中，MyClass 是一個類模板，add 是一個函數模板。通過使用 typename 或 class 關鍵字聲明模板參數，T 就是未知類型

函數模板

通過使用函數模板，我們可以定義一種通用的函數，可以根據實際需要傳不同的數據復用函數模板

函數模板的語法格式如下：

template <typename T>
返回類型 函數名(參數列表) {// 函數體
}

其中，template關鍵字表示這是一個函數模板，<typename T>表示定義了一個類型參數T，可以根據需要使用不同的類型來替換T，返回類型表示函數的返回類型，函數名表示函數的名稱，參數列表表示函數的參數列表。

在函數模板中，可以使用類型參數T作為函數的參數類型、返回類型或局部變量的類型。例如：

template <typename T>
T max(T a, T b) {return (a > b) ? a : b;
}

上述代碼定義了一個函數模板max，它接受兩個參數a和b，這兩個參數的類型都是T，并且返回類型也是T

使用函數模板時，需要在函數名后面加上尖括號<>，并在其中指定具體的類型。例如：

int result1 = max<int>(3, 5); // 使用int類型實例化函數模板
double result2 = max<double>(3.14, 2.71); // 使用double類型實例化函數模板

max<int>表示使用`int`類型實例化max函數模板，max<double>表示使用double類型實例化max函數模板。傳不同的參數示例化的函數是不同的

函數模板還可以有多個類型參數，可以使用逗號分隔它們。例如：

template <typename T1, typename T2>
void printPair(T1 a, T2 b) {cout << "(" << a << ", " << b << ")" << endl;
}

使用函數模板時，需要指定每個類型參數的具體類型。例如：

printPair<int, double>(3, 3.14); // 使用int和double類型實例化函數模板

在上述代碼中，printPair<int, double>表示使用int類型和double類型實例化printPair函數模板。

總結起來，函數模板是一種通用的函數定義，可以用于多種不同類型的參數。通過使用函數模板，可以編寫一次代碼，然后在不同的地方使用不同的數據類型進行調用。

類模板

通過使用類模板，我們可以定義一種通用的類模板，可以根據實際需要在不同場景下傳入不同的類型實例化出不同的類。

類模板的語法格式如下：

template <typename T> //可以寫成template <class T>
class 類名 {// 成員變量和成員函數的定義
};

在類模板中，可以使用類型參數T作為成員變量的類型、成員函數的參數類型或返回類型。例如：

template <typename T>
class Stack {
private:T* data;int size;
public:Stack(int capacity) {data = new T[capacity];size = 0;}void push(T value) {data[size++] = value;}T pop() {return data[--size];}
};

上述代碼定義了一個類模板Stack，它有一個私有成員變量data和size，分別表示存儲數據的數組和當前棧的大小。類模板還有兩個公有成員函數push和pop，分別用于向棧中壓入元素和彈出棧頂元素。

使用類模板時，需要在類名后面加上尖括號<>，并在其中指定具體的類型。例如：

Stack<int> intStack(10); // 使用int類型實例化類模板
Stack<double> doubleStack(5); // 使用double類型實例化類模板

不然會報如下錯誤

Stack<int>表示使用int類型實例化Stack類模板，Stack<double>表示使用double類型實例化Stack類模板。根據實際的類型參數，編譯器會生成相應的類定義。

類模板還可以有多個類型參數，可以使用逗號分隔它們。例如：

template <typename T1, typename T2>
class Pair {
private:T1 first;T2 second;
public:Pair(T1 a, T2 b) {first = a;second = b;}void print() {cout << "(" << first << ", " << second << ")" << endl;}
};

使用類模板時，需要指定每個類型參數的具體類型。例如：

Pair<int, double> p1(3, 3.14); // 使用int和double類型實例化類模板
Pair<string, int> p2("Hello", 5); // 使用string和int類型實例化類模板

?非類型模板參數

模板參數分為：類型形參與非類型形參

類型形參：出現在模板參數列表中，跟在class或者typename之類的參數類型名稱

非類型形參：就是用一個常量作為類(函數)模板的一個參數，在類(函數)模板中可將該參數當成常量來使用

// 定義一個模板類型的靜態數組template<class T, size_t N = 10>class array{public:T& operator[](size_t index){return _array[index];}const T& operator[](size_t index)const{return _array[index];}size_t size()const{return _size;}bool empty()const{return 0 == _size;}private:T _array[N];size_t _size;}；

浮點數、類對象以及字符串是不允許作為非類型模板參數的。

非類型的模板參數必須在編譯期就能確認結果。

模板的特化

概念：

在原模板類的基礎上，針對特殊類型所進行特殊化的實現方式。模板特 化中分為函數模板特化與類模板特化

函數模板特化

必須要先有一個基礎的函數模板

關鍵字 template 后面接一對空的尖括號 <>

函數名后跟一對尖括號，尖括號中指定需要特化的類型

函數形參表 :? 必須要和模板函數的基礎參數類型完全相同

// 函數模板 -- 參數匹配
template<class T>
bool Less(T left, T right)
{return left < right;
}
// 對Less函數模板進行特化
template<>
bool Less<Date*>(Date* left, Date* right) //Date是日期類
{return *left < *right;
}

下面是測試

關于日期類小編也寫了一篇文章：【C++】如何用C++寫一個日期計算器-CSDN博客

類模板特化

全特化

全特化即是將模板參數列表中所有的參數都確定化

template<class T1, class T2>
class Data
{
public:Data() {cout<<"Data<T1, T2>" <<endl;}
private:T1 _d1;T2 _d2;
};
template<>
class Data<int, char>
{
public:Data() {cout<<"Data<int, char>" <<endl;}
private:int _d1;char _d2;
};

下面是測試

偏特化

任何針對模版參數進一步進行條件限制設計的特化版本

偏特化有以下兩種表現方式：

部分特化 ? ?

特化一部分參數

下面是測試代碼

template<class T1, class T2>
class Data
{
public:Data() {cout<<"Data<T1, T2>" <<endl;}
private:T1 _d1;T2 _d2;
};
template <class T1>
class Data<T1, int>
{
public:Data() {cout<<"Data<T1, int>" <<endl;}
private:T1 _d1;int _d2;
};

限制參數

偏特化并不僅僅是指特化部分參數，而是針對模板參數更進一步的條件限制所設計出來的一個特化版本

下面是測試代碼

template<class T1, class T2>
class Data
{
public:Data() {cout<<"Data<T1, T2>" <<endl;}
private:T1 _d1;T2 _d2;
};
//兩個參數偏特化為指針類型
template <typename T1, typename T2>
class Data <T1*, T2*>
{ 
public:Data() {cout<<"Data<T1*, T2*>" <<endl;}private:
T1 _d1;T2 _d2;
};
//兩個參數偏特化為引用類型
template <typename T1, typename T2>
class Data <T1&, T2&>
{
public:Data(const T1& d1, const T2& d2): _d1(d1), _d2(d2){cout<<"Data<T1&, T2&>" <<endl;}private:const T1 & _d1;const T2 & _d2; };