C++中的模板（一）

C++中的模板主要分为函数模版和类模板，是C++中的泛型编程技术，它们允许我们编写通用的代码来处理多种不同的数据类型。

1.函数模板

函数模板是一种用于生成一组函数定义的蓝图。它允许我们定义一个通用的函数，接受不同类型的参数，并在编译时根据传入的参数类型来生成特定的函数代码。函数模板使用关键字template来引导，并在尖括号内指定泛型类型参数。

示例

#include 

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

int main(int argc, char* argv[]) 
{
  int i = 5, j = 10;
  float x = 3.5, y = 2.8;

  std::cout << Max(i, j) << std::endl;    // 调用Max(i, j)，输出10
  std::cout << Max(x, y) << std::endl;    // 调用Max(x, y)，输出3.5
  
  return 0;
}

函数模板的重载

template <typename T>
T const& Max(T const& a, T const& b, T const& c) 
{
    return Max(Max(a,b), c);
}

2.类模板

类模板是一种用于生成一组类定义的模板。它类似于函数模板，但可以用于定义能够处理不同类型数据的通用类。和函数模板类似，我们使用关键字template和尖括号内的泛型类型参数来定义类模板。

类型的别名可以使用typename，也可以使用class;

示例

#include 
#include 
#include 

template <typename T>
//template 
class Stack 
{
private:
    std::vector<T> elems;

public:
    void push(T const&);
    void pop();
    T top() const;
    bool empty() const
    {
        return elems.empty();
    }    
};

template <typename T>
void Stack<T>::push(T const& elem)
{
    elems.push_back(elem);
}

template <typename T>
void Stack<T>::pop()
{
    if(elems.empty()) 
    {
        throw std::out_of_range("empty stack");
    }
    elems.pop_back();
}

template <typename T>
T Stack<T>::top() const
{
    if(elems.empty()) 
    {
        throw std::out_of_range("empty stack");
    }
    return elems.back();
}


int main(int argc, char* argv[]) 
{
  Stack<int> int_stack;
  int_stack.push(10);
  int_stack.push(20);
  int_stack.push(30);

  std::cout<<int_stack.top()<<std::endl;
  int_stack.pop();
  std::cout<<int_stack.top()<<std::endl;
  int_stack.pop();
  std::cout<<int_stack.top()<<std::endl;
  int_stack.pop();
  std::cout<<int_stack.top()<<std::endl;

  return 0;
}

输出

30
20
10
terminate called after throwing an instance of 'std::out_of_range'
  what():  empty stack
Aborted

这段代码是一个用类模板实现的通用栈（Stack）数据结构。该栈使用了std::vector作为内部容器来存储元素，并提供了常见的栈操作接口，如push、pop、top和empty。

在类模板定义中，使用了template 来声明泛型类型参数T。这意味着可以用任意类型来实例化这个类模板，例如int、double、std::string等。

接下来使用Stack::push、Stack::pop和Stack::top的形式来实现类模板中的成员函数。这些成员函数的实现在类模板的定义之外，因此需要加上template 来告诉编译器这是类模板的成员函数。

在成员函数的实现中，又使用了泛型类型参数T来声明参数类型和返回类型，并且使用std::vector作为存储元素的容器。注意，在函数定义之前，需要在类模板之外包含头文件以使用std::vector类型。

在empty函数的实现中，elems.empty()检查了std::vector是否为空，如果为空则返回true，否则返回false。

在pop和top函数的实现中，首先检查elems.empty()是否为空，如果为空则抛出std::out_of_range异常，表示栈为空。否则，使用elems.pop_back()来将最后一个元素删除（栈顶元素），并在top函数中返回栈顶元素。

这样，通过实例化Stack类模板并调用其中的成员函数，就可以得到具体类型的栈数据结构，并进行栈的常用操作。