C++ 模板

模板是泛型编程的基础,泛型编程即以一种独立于任何特定类型的方式编写代码。

模板是创建泛型类或函数的蓝图或公式。库容器,比如迭代器和算法,都是泛型编程的例子,它们都使用了模板的概念。

每个容器都有一个单一的定义,比如 向量,我们可以定义许多不同类型的向量,比如 vector <int>vector <string>

您可以使用模板来定义函数和类,接下来让我们一起来看看如何使用。

函数模板

模板函数定义的一般形式如下所示:

    template <class type> ret-type func-name(parameter list)
    {
       // 函数的主体
    }

在这里,type 是函数所使用的数据类型的占位符名称。这个名称可以在函数定义中使用。

下面是函数模板的实例,返回两个数中的最大值:

    #include <iostream>
    #include <string>

    using namespace std;

    // typename改为class也是可以的
    template <typename T>
    inline T const& Max (T const& a, T const& b) 
    { 
        return a < b ? b:a; 
    } 
    int main ()
    {

        int i = 39;
        int j = 20;
        cout << "Max(i, j): " << Max(i, j) << endl; 

        double f1 = 13.5; 
        double f2 = 20.7; 
        cout << "Max(f1, f2): " << Max(f1, f2) << endl; 

        string s1 = "Hello"; 
        string s2 = "World"; 
        cout << "Max(s1, s2): " << Max(s1, s2) << endl; 

       return 0;
    }

当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

    Max(i, j): 39
    Max(f1, f2): 20.7
    Max(s1, s2): World

函数模板可以重载,只要它们的形参表不同即可。例如,下面两个模板可以同时存在:

    template<class T1, class T2>
    void print(T1 arg1, T2 arg2)
    {
      cout<<arg1<<" "<<arg2<<endl; 
    }
    template<class T>
    void print(T arg1, T arg2)
    {
      cout<< arg1<< " "<< arg2<< endl;
    }

类模板

正如我们定义函数模板一样,我们也可以定义类模板。泛型类声明的一般形式如下所示:

    template <class type> class class-name {
    .
    .
    .
    }

在这里,type 是占位符类型名称,可以在类被实例化的时候进行指定。您可以使用一个逗号分隔的列表来定义多个泛型数据类型。

下面的实例定义了类 Stack<>,并实现了泛型方法来对元素进行入栈出栈操作:

    #include <iostream>
    #include <vector>
    #include <cstdlib>
    #include <string>
    #include <stdexcept>

    using namespace std;

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

      public: 
        void push(T const&);  // 入栈
        void pop();               // 出栈
        T top() const;            // 返回栈顶元素
        bool empty() const{       // 如果为空则返回真。
            return elems.empty(); 
        } 
    }; 

    template <class T>
    void Stack<T>::push (T const& elem) 
    { 
        // 追加传入元素的副本
        elems.push_back(elem);    
    } 

    template <class T>
    void Stack<T>::pop () 
    { 
        if (elems.empty()) { 
            throw out_of_range("Stack<>::pop(): empty stack"); 
        }
        // 删除最后一个元素
        elems.pop_back();         
    } 

    template <class T>
    T Stack<T>::top () const 
    { 
        if (elems.empty()) { 
            throw out_of_range("Stack<>::top(): empty stack"); 
        }
        // 返回最后一个元素的副本 
        return elems.back();      
    } 

    int main() 
    { 
        try { 
            Stack<int>         intStack;  // int 类型的栈 
            Stack<string> stringStack;    // string 类型的栈 

            // 操作 int 类型的栈 
            intStack.push(7); 
            cout << intStack.top() <<endl; 

            // 操作 string 类型的栈 
            stringStack.push("hello"); 
            cout << stringStack.top() << std::endl; 
            stringStack.pop(); 
            stringStack.pop(); 
        } 
        catch (exception const& ex) { 
            cerr << "Exception: " << ex.what() <<endl; 
            return -1;
        } 
    }

当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

    7
    hello
    Exception: Stack<>::pop(): empty stack

C++ 中 typename 和 class 的区别

在 C++ Template 中很多地方都用到了 typenameclass 这两个关键字,而且好像可以替换,是不是这两个关键字完全一样呢?

相信学习 C++ 的人对 class 这个关键字都非常明白,class 用于定义类,在模板引入 C++ 后,最初定义模板的方法为:

    template<class T>......

这里 class 关键字表明T是一个类型,后来为了避免 class 在这两个地方的使用可能给人带来混淆,所以引入了 typename 这个关键字,它的作用同 class 一样表明后面的符号为一个类型,这样在定义模板的时候就可以使用下面的方式了:

    template<typename T>......

在模板定义语法中关键字 classtypename 的作用完全一样。

typename 难道仅仅在模板定义中起作用吗?其实不是这样,typename 另外一个作用为:使用嵌套依赖类型(nested depended name),如下所示:

    class MyArray 
    { 
        public:
        typedef int LengthType;
    .....
    }

    template<class T>
    void MyMethod( T myarr ) 
    { 
        typedef typename T::LengthType LengthType; 
        LengthType length = myarr.GetLength; 
    }

这个时候 typename 的作用就是告诉 C++ 编译器,typename 后面的字符串为一个类型名称,而不是成员函数或者成员变量,这个时候如果前面没有 typename,编译器没有任何办法知道 T::LengthType 是一个类型还是一个成员名称(静态数据成员或者静态函数),所以编译不能够通过。

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