【C++】探索C++模板编程

C++模板是一种强大的编程工具，它可以实现泛型编程，使代码更加灵活和可重用。本篇博客将介绍C++模板的基本语法、类型模板参数和模板函数的使用，并通过示例代码演示模板在实际开发中的应用。

什么是C++模板？

C++模板是一种通用的代码蓝图，允许根据不同类型的参数生成特定的函数或类。模板可以在编译时进行类型安全检查，并在运行时生成对应的代码，提高代码的复用性和性能。

模板的基本语法

在C++中，我们可以使用template关键字来定义模板。模板可以包含类型参数和非类型参数，用于接收不同的参数类型和值。下面是一个使用模板的基本语法：

template <typename T>
// 或者
template <class T>

// 使用模板定义函数
void print(T value) {
    // 函数体
}

// 使用模板定义类
template <typename T>
class MyTemplateClass {
    // 类定义
};

类型模板参数

类型模板参数允许我们以泛型的方式接受不同类型的参数。例如，我们可以定义一个模板函数来比较两个数的大小：

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

在上面的代码中，typename T表示我们将接受一个类型为T的参数。模板函数max可以接受不同类型的参数（如int、float、double等），并返回较大的值。

模板函数的示例

下面是一个使用模板函数的示例，计算数组的平均值：

template <typename T, int size>
T average(T arr[]) {
    T sum = 0;
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        sum += arr[i];
    }
    return sum / size;
}

int main() {
    int intArr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    double doubleArr[] = {1.5, 2.5, 3.5, 4.5, 5.5};

    int intAvg = average<int, 5>(intArr);
    double doubleAvg = average<double, 5>(doubleArr);

    // 输出结果
    cout << "Int average: " << intAvg << endl;
    cout << "Double average: " << doubleAvg << endl;

    return 0;
}

在上面的代码中，我们定义了一个模板函数average，它接受一个类型为T的数组和一个非类型参数size，用于指定数组的大小。在main函数中，我们分别传递了一个int类型的数组和一个double类型的数组，并调用了average函数来计算它们的平均值。

类模板的示例

当涉及到类模板时，我们可以将模板应用于整个类定义，以便在不同类型的参数下生成具体的类。以下是一个示例，演示了如何使用类模板创建一个通用的栈（stack）类：

template <typename T>
class Stack {
private:
    T* data; // 存储数据的数组
    int size; // 栈的大小
    int top; // 栈顶位置

public:
    Stack(int s) : size(s), top(-1) {
        data = new T[size]; // 动态分配内存
    }

    ~Stack() {
        delete[] data; // 释放内存
    }

    void push(T value) {
        if (top == size - 1) {
            cout << "Stack is full." << endl;
        } else {
            data[++top] = value;
        }
    }

    T pop() {
        if (top == -1) {
            cout << "Stack is empty." << endl;
            return T(); // 返回默认值
        } else {
            return data[top--];
        }
    }
};

在上述示例中，我们定义了一个名为Stack的类模板，它接受一个类型参数T。类模板有一个私有数据成员data，用于存储栈中的元素；还有三个私有成员变量size、top，分别表示栈的大小和栈顶的位置。公共成员函数push和pop用于向栈中添加元素和移除元素。

通过使用类模板，我们可以在不同的类型参数下创建具体的栈对象。以下是一个示例，展示了如何使用Stack类模板创建整数栈和浮点数栈：

int main() {
    Stack<int> intStack(5); // 创建一个整数栈，大小为5
    Stack<float> floatStack(3); // 创建一个浮点数栈，大小为3

    intStack.push(1);
    intStack.push(2);
    intStack.push(3);

    floatStack.push(1.5);
    floatStack.push(2.5);

    cout << "Popped value from intStack: " << intStack.pop() << endl;
    cout << "Popped value from floatStack: " << floatStack.pop() << endl;

    return 0;
}

在上述示例中，我们创建了一个int类型的栈和一个float类型的栈。然后，我们分别向两个栈中压入一些元素，并从栈顶弹出一个元素。通过类模板，我们可以方便地创建不同类型的栈，并在编译时进行类型安全检查。

总结

C++模板是一种强大的编程工具，可以实现泛型编程，提高代码的灵活性和复用性。通过使用模板，我们可以根据不同类型的参数生成特定的函数或类。本文介绍了C++模板的基本语法、类型模板参数和模板函数的示例，并展示了模板在实际开发中的应用。合理利用C++模板可以简化代码编写并提高程序的性能和可维护性。