C++模板的实现

C++模板是编程语言中的一个重要特性，它允许程序员创建泛型代码，以处理不同数据类型。模板分为函数模板和类模板两种，它们都是为了提高代码的重用性和灵活性。 ## 函数模板 函数模板是一种通用的函数定义方式，它允许我们编写一次函数，然后在编译时自动为不同的数据类型生成实例。函数模板的基本语法如下： ```cpp template <typename T> return_type function_name(parameters) { // 函数体 } ``` `typename T` 是模板参数，`T` 可以是任何类型，由用户在调用时指定。`return_type` 和 `function_name` 分别代表函数返回类型和函数名，`parameters` 是函数参数列表。例如，常见的 `std::swap` 函数模板如下： ```cpp template <typename T> void swap(T& a, T& b) { T temp = a; a = b; b = temp; } ``` 函数模板的实例化发生在函数被调用时，编译器会根据传入的实际类型生成对应的函数代码。 ### 函数模板与普通函数的区别 1. **非类型模板参数**：除了类型参数，函数模板还可以接受非类型参数，如整型或指针。 2. **模板特化**：对于某些特定的数据类型，可以提供特化的函数模板，以优化特定类型的处理。 3. **隐式类型转换**：函数模板调用时，如果类型匹配不完全，编译器会尝试进行隐式类型转换。而普通函数则没有这个特性。 ## 类模板 类模板是一种定义泛型类的方式，它允许类的操作对多种数据类型有效。类模板的语法如下： ```cpp template <typename T> class ClassName { public: // 成员变量和成员函数 }; ``` 例如，C++中的标准容器如 `std::vector` 就是类模板： ```cpp template <typename T> class vector { // ... }; ``` 类模板实例化通常在声明或定义类的实例时进行，例如 `vector<int>` 或 `vector<double>`。 ### 类模板的友元函数 类模板中的友元函数可能需要处理模板参数，这需要在友元声明中指定模板参数。例如： ```cpp template <typename T> class MyClass { public: friend void friend_func(MyClass<T>& obj); }; template <typename T> void friend_func(MyClass<T>& obj) { // ... } ``` ### 类模板作为函数参数 类模板可以作为函数的参数，这样函数就可以处理不同类型的容器。例如，一个函数可以接受任何类型的 `std::container`： ```cpp template <typename Container> void process_container(Container& cont) { for (const auto& elem : cont) { // 处理元素 } } ``` ### 类模板的类外实现 类模板的成员函数可以在类的外部进行定义，只需确保在函数定义前加上模板参数列表： ```cpp template <typename T> class MyClass { public: void my_func(); }; template <typename T> void MyClass<T>::my_func() { // 函数体 } ``` ### 继承类模板 类模板也可以作为基类，派生出新的类。派生类同样可以是模板，或者不带模板参数： ```cpp template <typename T> class BaseTemplate { // ... }; class Derived : public BaseTemplate<int> { // ... }; ``` 或 ```cpp template <typename T> class DerivedTemplate : public BaseTemplate<T> { // ... }; ``` 总结来说，C++模板是强大的工具，它们使代码更加灵活，提高了代码复用性。理解并熟练运用函数模板和类模板，是提升C++编程能力的关键步骤。通过上述知识点，开发者可以更深入地掌握C++模板的使用，并在实际编程中发挥其优势。