C++ 模板

C++模板是一种强大的泛型编程技术，它允许程序员在编写代码时使用抽象数据类型。模板可以用于定义函数、类、变量，用于避免重复代码，提高代码复用性，使程序更加灵活。本文将介绍C++模板的基本概念和使用技巧。

  1. 模板定义

模板是用来生成C++代码的模型，模板的定义以关键字template开始，然后跟着一些模板参数。以下是一个简单的模板定义：

template <typename T>
void Swap(T& a, T& b)
{
    T temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

这个模板定义了一个名为Swap的函数模板。模板参数T表示类型参数，可以是任何类型。

  1. 模板实例化

通过模板定义的函数，编译器不会生成实际的代码。只有在函数被调用时，编译器才会根据函数参数的类型实例化模板，生成对应的代码。这个过程称为模板实例化。

例如，调用Swap函数时，编译器会根据函数参数的类型，实例化出对应类型的Swap函数代码：

int x = 1, y = 2;
Swap(x, y); // 实例化出Swap<int>(int&, int&)
float f = 1.0, g = 2.0;
Swap(f, g); // 实例化出Swap<float>(float&, float&)
  1. 模板特化

有时候，需要针对某个特定类型，提供一个独立定义的模板函数。这个过程称为模板特化。以下是一个模板特化的例子：

template <>
void Swap<char*>(char* &a, char* &b)
{
    char* temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

这个特化定义表示，当Swap函数的参数是char*类型时，使用这个特化定义。

  1. 模板类

模板不仅可以用于定义函数，还可以用于定义类。以下是一个模板类的例子：

template <typename T>
class Stack
{
public:
    Stack();
    void push(const T& item);
    T pop();
private:
    T items[100];
    int top;
};

这个模板类表示一个栈数据结构，可以存储任何类型的元素。

  1. 模板类的特化

与函数模板类似，模板类也可以进行特化。以下是一个模板类的特化的例子：

template <>
class Stack<char*>
{
public:
    Stack();
    void push(const char* item);
    char* pop();
private:
    char* items[100];
    int top;
};

这个特化定义表示，当Stack类的模板参数是char*类型时，使用这个特化定义。特化可以针对一个或多个模板参数进行，也可以针对整个类进行。

  1. 模板参数

模板参数可以是类型参数、非类型参数和模板参数。类型参数表示可以是任何类型，非类型参数表示可以是常量表达式或枚举常量，模板参数表示可以是任何模板。

以下是一个模板参数的例子：

template <typename T, int SIZE, template <typename> class Container>
class StackContainer
{
public:
    StackContainer();
    void push(const T& item);
    T pop();
private:
    Container<T> items[SIZE];
    int top;
};

这个模板定义了一个模板类StackContainer，其中有3个模板参数：T表示类型，SIZE表示数组大小，Container表示容器类型。

  1. 模板函数的调用规则

模板函数的调用规则比较复杂，以下是一些基本规则：

  • 如果有多个模板函数可以匹配调用，选择最好的匹配，如果还有多个最好的匹配，则会报错。
  • 模板函数可以通过非模板函数进行重载。例如，以下两个函数可以进行重载：
void print(int x);
template <typename T>
void print(T x);
  • 模板函数可以被普通函数进行重载，但需要注意函数调用的顺序。例如，如果有以下两个函数定义：
void print(int x);
template <typename T>
void print(T x);

则以下代码会调用普通函数print：

int x = 1;
print(x);

而以下代码会调用模板函数print：

int x = 1;
print<>(x);
  • 模板函数还可以提供默认模板参数。例如，以下代码定义了一个类型为int、容器类型为vector的栈：
template <typename T, template <typename> class Container = vector>
class Stack
{
public:
    Stack();
    void push(const T& item);
    T pop();
private:
    Container<T> items;
};
  1. 使用模板时需要注意的问题

在使用模板时，需要注意以下问题：

  • 模板代码比一般代码更容易出现编译错误，需要仔细检查代码。
  • 模板代码会增加编译时间和可执行文件大小。
  • 模板代码的可读性较差，需要给模板代码添加注释和说明，以便后续的的程序员可以更好地理解代码。

总之，C++模板是一种强大、灵活的泛型编程技术，在程序开发中发挥着重要的作用。程序员需要仔细了解模板的基础概念和使用技巧，在日常编程中灵活应用模板技术，提高代码质量和开发效率。

C++ 标准库 C++ 注释