C++ 入门12：模板（Template）

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C++ 入门12：模板（Template）

一、前言

在前面文章的学习中，我们掌握了类和对象的基础知识、构造函数、拷贝构造函数、静态成员、常量成员、运算符重载、友元函数、友元类、继承和派生类，以及虚函数和多态。今天，我们将学习 C++ 中的模板。模板是 C++ 中的一种强大的功能，它使得我们可以编写通用的代码。

二、模板（Template）

2.1、什么是模板？

模板是C++中引入的一个非常强大的特性，它提供了一种机制来创建泛型编程的框架。通过使用模板，程序员可以编写与类型无关的代码，这意味着相同的代码结构可以用于多种不同的数据类型，而无需为每种数据类型重写代码。模板极大地提高了代码的重用性、灵活性和可维护性。模板主要分为两大类：函数模板和类模板。

2.2、函数模板

（1）什么是函数模板？

函数模板是一种能够编写一个函数定义，该函数可以与多种数据类型一起工作的技术。在定义函数模板时，程序员可以定义一个或多个模板参数来表示数据类型，这些参数在函数被实例化时会被具体的类型所替换。通过这种方式，函数模板可以处理不同类型的数据，而无需为每种数据类型编写单独的函数。

（2）声明和定义函数模板

函数模板的声明和定义与普通函数的声明和定义类似，但需要在函数声明前加上template<typename T>（或template<class T>，两者在大多数情况下可以互换使用）来引入模板参数。这里的T是一个占位符，代表将要被替换的数据类型。

语法：

template <typename T>
返回类型 函数名(参数列表) {
    // 函数体
}

其中，typename T 是模板参数，表示数据类型。

示例：

我们定义一个函数模板 maxValue，用于返回两个值中的较大者。

#include <iostream>
using namespace std;

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

int main() {
    cout << "Max of 3 and 7: " << maxValue(3, 7) << endl;
    cout << "Max of 3.5 and 7.2: " << maxValue(3.5, 7.2) << endl;
    cout << "Max of 'a' and 'z': " << maxValue('a', 'z') << endl;

    return 0;
}

在这个示例中，我们定义了一个函数模板 maxValue，它可以处理任意类型的数据。在 main 函数中，我们分别调用了 maxValue 函数，传入整数、浮点数和字符类型的数据。

2.3、类模板

（1）什么是类模板？

类模板与函数模板类似，但它允许程序员定义一种可以处理多种数据类型的类。在定义类模板时，可以使用模板参数来表示类成员变量和成员函数所使用的数据类型。这使得类模板能够创建出具有相同操作但操作不同类型数据的对象。

（2）声明和定义类模板

类模板的声明和定义方式与普通类相似，但同样需要在类声明前加上template<typename T>（或template<class T>）来引入模板参数。

语法：

template <typename T>
class 类名 {
public:
    // 成员变量
    // 成员函数
};

示例：

我们定义一个类模板 Box，用于存储一个值，并提供获取和设置该值的函数。

#include <iostream>
using namespace std;

template <typename T>
class Box {
private:
    T value;

public:
    Box(T v) : value(v) {}

    void setValue(T v) {
        value = v;
    }

    T getValue() {
        return value;
    }
};

int main() {
    Box<int> intBox(123);
    Box<double> doubleBox(45.67);

    cout << "Integer Box: " << intBox.getValue() << endl;
    cout << "Double Box: " << doubleBox.getValue() << endl;

    intBox.setValue(456);
    doubleBox.setValue(89.01);

    cout << "Updated Integer Box: " << intBox.getValue() << endl;
    cout << "Updated Double Box: " << doubleBox.getValue() << endl;

    return 0;
}

在这个示例中，我们定义了一个类模板 Box，它可以存储任意类型的数据。在 main 函数中，我们分别创建了存储整数和浮点数的 Box 对象，并调用了 getValue 和 setValue 函数。

2.4、模板特化

（1）什么是模板特化？

模板特化是一种为模板参数提供特定类型实现的机制。在某些情况下，我们可能希望对某些特定类型的数据进行特殊处理，而不是使用模板的通用实现。这时，我们就可以通过模板特化来为这些特定类型提供定制化的实现。

模板特化可以是完全特化，也可以是偏特化。完全特化是指为模板的所有模板参数指定具体类型；而偏特化则是指为模板的部分模板参数指定具体类型，同时保留其他模板参数的通用性。

示例：

我们定义一个类模板 Printer，用于打印不同类型的数据。对于 char* 类型，我们希望打印字符串而不是字符指针，因此我们使用模板特化进行处理。

#include <iostream>
using namespace std;

template <typename T>
class Printer {
public:
    void print(T value) {
        cout << "Value: " << value << endl;
    }
};

// 对 char* 类型进行特化
template <>
class Printer<char*> {
public:
    void print(char* value) {
        cout << "String: " << value << endl;
    }
};

int main() {
    Printer<int> intPrinter;
    Printer<double> doublePrinter;
    Printer<char*> stringPrinter;

    intPrinter.print(123);
    doublePrinter.print(45.67);
    stringPrinter.print("Hello, World!");

    return 0;
}

在这个示例中，我们定义了一个类模板 Printer，用于打印不同类型的数据。对于 char* 类型，我们使用模板特化进行处理，以打印字符串。

以上就是 C++ 程序的模板的基础知识点了。包括函数模板、类模板和模板特化。模板是 C++ 中的一种强大的功能，它使得我们可以编写通用的代码。

都看到这里了，点个赞再走呗朋友~

加油吧，预祝大家变得更强！

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