一篇文章带你了解C++模板编程详解

什么是模板

C++模板是一种通用编程技术，允许程序员编写与类型无关的代码。模板使我们可以编写通用算法，例如排序和搜索，并应用于各种类型的数据，例如整数，浮点数，字符串等。

模板的基本思想是声明一次代码，然后使用不同的类型实例化以产生代码的不同版本。

函数模板

函数模板允许您编写与类型无关的代码来处理不同的数据类型。 声明函数模板的语法如下：

template <class/typename T>
return_type function_name(parameter_list)

其中 class/typename T 指定类型参数，可以是任何类型，在函数定义的代码中使用 T 代表类型参数。这使您可以编写仅使用类型而不使用特定类型数据的函数。

例如，以下是一个简单的函数模板，它用于将两个数相加：

template <class T>
T add(T a, T b) {
    return a + b;
}

然后可以将此函数模板用于处理不同类型的变量。

int a = 2, b = 3;
cout << add<int>(a, b) << endl;  // 输出 5

double x = 2.5, y = 3.5;
cout << add<double>(x, y) << endl; // 输出 6.0

类模板

类模板的语法与函数模板类似。 类模板中使用类型参数作为类的参数。 类定义中的代码使用类型参数而不是实际数据类型。 可以使用模板定义一个范型类，该类可以处理不同类型的数据。

例如，以下是一个简单的类模板，用于保存整数、浮点数和字符串三种类型的数据：

template<class T>
class Array {
  private:
    T *arr;
    int size;
  public:
    Array(T arr[], int n) {
        this->arr = new T[n];
        this->size = n;
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            this->arr[i] = arr[i];
        }
    }

    void print() {
        for (int i = 0; i < this->size; i++) {
            cout << this->arr[i] << " ";
        }
        cout << endl;
    }
};

然后可以使用不同的类型创建Array实例：

int int_arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
Array<int> a(int_arr, 5);
a.print();  // 输出 1 2 3 4 5

double double_arr[] = {1.5, 2.5, 3.5, 4.5, 5.5};
Array<double> b(double_arr, 5);
b.print();  // 输出 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5

string string_arr[] = {"apple", "banana", "orange"};
Array<string> c(string_arr, 3);
c.print();  // 输出 apple banana orange

示例一：以下是一个简单的模板实现，用于返回任意类型的最大值：

template <class T>
T getMax(T x, T y) {
    return (x > y) ? x : y;
}

它可以处理整数、浮点数和字符串等任何类型的字段。例如：

int a = 10, b = 20;
int max1 = getMax<int>(a, b);
cout << "Max integer is: " << max1 << endl;  // 输出 Max integer is: 20

double x = 30.5, y = 20.5;
double max2 = getMax<double>(x, y);
cout << "Max double is: " << max2 << endl;  // 输出 Max double is: 30.5

string s1 = "Hello";
string s2 = "World";
string max3 = getMax<string>(s1, s2);
cout << "Max string is: " << max3 << endl;  // 输出 Max string is: World

示例二：一个简单的模板实现，用于返回数组的最大元素：

template <class T>
T getMaxElement(T arr[], int n) {
    T max = arr[0];
    for (int i = 1; i < n; i++) {
        if (arr[i] > max) {
            max = arr[i];
        }
    }
    return max;
}

它可以处理整数、浮点数等任何类型的数组，例如：

int int_arr[] = {1, 5, 2, 3, 4};
int max1 = getMaxElement<int>(int_arr, 5);
cout << "Max integer is: " << max1 << endl;  // 输出 Max integer is: 5

double double_arr[] = {2.5, 1.5, 4.5, 3.5, 5.5};
double max2 = getMaxElement<double>(double_arr, 5);
cout << "Max double is: " << max2 << endl;  // 输出 Max double is: 5.5

string string_arr[] = {"hello", "world", "here", "are", "some", "strings"};
string max3 = getMaxElement<string>(string_arr, 6);
cout << "Max string is: " << max3 << endl;  // 输出 Max string is: world

总结

模板是一种通用编程技术，允许编写与类型无关的代码以处理不同类型的数据。函数模板和类模板是常见的模板类型，它们使代码可重用并更加灵活，可适用于多种类型。