C++ | 模板 | 问题8

在C++中，模板提供了一种通用数据类型的定义方式，允许程序员编写可重用的代码。问题8涉及函数模板和类模板的使用，以及模板特化的概念。

函数模板

函数模板是一种通用的函数定义，能够接受任何数据类型的参数。下面是一个示例，演示了如何使用函数模板来找到两个数中的最大值：

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

在这个函数模板中，使用了关键字 template 和 typename，来说明这是一个模板，参数类型是一个占位符 T。使用该模板时，只需在调用该函数时传递参数，C++编译器会自动根据参数类型推导出 T 的值。

例如，以下代码调用了函数模板 max：

int a = 5, b = 10;
cout << max(a, b) << endl; // 输出 10
double x = 3.14, y = 2.718;
cout << max(x, y) << endl; // 输出 3.14

类模板

类模板是一种通用的类定义，能够接受任何数据类型作为成员变量或成员函数的参数。下面是一个示例，演示了如何使用类模板来定义一个向量类：

template <typename T>
class Vector {
private:
    T* data;
    int size;
public:
    Vector() : data(nullptr), size(0) {}
    Vector(int n) : size(n) {
        data = new T[n];
    }
    T& operator[](int index) {
        return data[index];
    }
    ~Vector() {
        delete[] data;
    }
};

在这个类模板中，使用了关键字 template 和 typename，来说明这是一个模板，类型是一个占位符 T。使用该模板时，只需指定类型参数，即可创建一个具有指定类型成员变量的类。

例如，以下代码创建了一个 Vector<int> 类型的对象：

Vector<int> v(5);
v[0] = 1;
v[1] = 2;
v[2] = 3;
v[3] = 4;
v[4] = 5;
for (int i = 0; i < 5; i++) {
    cout << v[i] << " ";
}
// 输出 1 2 3 4 5

特化模板

有时，我们需要针对某些特定的数据类型，采用不同的实现方式。这时，我们可以使用模板特化的概念，来为特定类型提供特定的实现。

下面是一个示例，演示了如何使用特化模板来为 char* 类型提供特定的实现：

template <>
int max<int>(int a, int b) {
    cout << "使用了针对 int 类型的特化版本" << endl;
    return (a > b) ? a : b;
}
template <>
char* max<char*>(char* a, char* b) {
    cout << "使用了针对 char* 类型的特化版本" << endl;
    return (strcmp(a, b) > 0) ? a : b;
}

在这个特化模板中，使用了关键字 template 和 <>，来说明这是一个模板特化，类型是 int 或 char*。使用该模板时，只有当传递的参数类型与特化的类型相同时，才会调用特化版本的实现。

例如，以下代码调用了函数模板 max，分别传递了 int 和 char* 类型的参数：

int a = 5, b = 10;
cout << max(a, b) << endl; // 输出 “使用了针对 int 类型的特化版本” 和 10
char* str1 = "hello";
char* str2 = "world";
cout << max(str1, str2) << endl; // 输出 “使用了针对 char* 类型的特化版本” 和 “world”

结论

在本文中，我们介绍了函数模板和类模板的用法，以及模板特化的概念。这些都是C++中非常重要的概念，能够帮助我们编写高效、可重用的代码。