### C++模板与STL学习
#### 5.1 使用模板的意义
模板是C++语言的一个强大特性，它允许我们编写能够处理不同数据类型的通用代码。通过使用模板，我们可以减少代码重复并提高代码的可维护性。下面我们将详细介绍模板的概念及其在栈（Stack）这一数据结构中的应用。
##### 示例: IntStack 与 DoubleStack
考虑两个简单的栈类：`IntStack` 和 `DoubleStack`。`IntStack` 只能存储整数，而 `DoubleStack` 存储双精度浮点数。
```cpp
class IntStack {
public:
IntStack(unsigned int);
bool pop();
bool push(int);
int readTop();
bool isEmpty();
private:
int *data;
unsigned int top;
unsigned int size;
};
class DoubleStack {
public:
DoubleStack(unsigned int);
bool pop();
bool push(double);
double readTop();
bool isEmpty();
private:
double *data;
unsigned int top;
unsigned int size;
};
```
##### 模板类
尽管 `IntStack` 和 `DoubleStack` 类似，但它们的实现代码是重复的。为了解决这个问题，我们可以使用模板来创建一个通用的栈类：
```cpp
template<typename T>
class Stack {
public:
Stack(unsigned int);
bool push(T);
T readTop();
// ... 其他成员函数 ...
private:
T *data;
unsigned int top;
unsigned int size;
};
```
模板类允许我们在编译时确定类型 `T`。这使得我们能够使用同一个类实现多种类型的栈，如 `Stack<int>` 和 `Stack<double>`。
##### 方法定义
模板类的方法定义也需要包含模板声明：
```cpp
template<typename T>
bool Stack<T>::push(T t) {
if (top >= size)
return false;
data[top] = t;
top++;
return true;
}
```
##### 使用模板类
使用模板类的方式类似于普通类，只需在实例化时指定类型参数：
```cpp
int main() {
Stack<int> si(10);
Stack<double> sd(10);
si.push(3);
si.pop();
sd.push(3.14);
sd.push(2.15);
return 0;
}
```
#### 5.2 模板函数
模板函数的工作原理类似于模板类，但用于函数而不是类。它可以处理任何类型的数据，并允许我们编写一次代码，多次使用。
##### 示例: 排序函数
假设我们需要编写一个排序函数，该函数能够处理不同类型的数据。如果我们不使用模板，可能会有多个重载版本：
```cpp
void sort(int a[], int len);
void sort(double a[], int len);
void sort(char a[], int len);
```
但是，如果所有的排序算法都是相同的，那么我们可以使用模板函数来避免这种代码重复：
```cpp
template<typename T>
void sort(T a[], int len) {
// 排序算法实现...
}
A arr[10]; // 假设 A 是一个用户自定义类型，且实现了 < 运算符
// ... 给 arr 赋值
sort(arr, 10); // 调用模板函数
```
##### 实现数组翻转的模板函数
接下来，我们实现一个模板函数来翻转数组中的元素：
```cpp
template<typename T>
void reverseArray(T arr[], int len) {
for (int i = 0; i < len / 2; ++i) {
std::swap(arr[i], arr[len - i - 1]);
}
}
```
使用示例：
```cpp
int main() {
int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
double darr[] = {1.1, 2.2, 3.3, 4.4, 5.5};
reverseArray(arr, 5);
reverseArray(darr, 5);
// 输出翻转后的数组
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
std::cout << arr[i] << " ";
}
std::cout << std::endl;
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
std::cout << darr[i] << " ";
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}
```
以上示例展示了如何使用模板来编写通用的、可维护的代码。模板不仅提高了代码的复用性，还使得代码更加简洁明了。
#### 5.3 STL简介
STL（Standard Template Library，标准模板库）是C++标准库的一部分，提供了一系列通用的数据结构和算法。STL主要包括以下几个部分：
- **容器**：如 vector、list、set 等，提供了高效的数据存储机制。
- **迭代器**：一种通用访问容器元素的方式。
- **算法**：如 sort、reverse 等，提供了一组高效的操作容器的方法。
- **函数对象**：提供了可调用的对象，可用于自定义算法行为。
- **分配器**：管理内存分配和释放的机制。
STL的设计理念是分离数据和算法，这使得程序员可以专注于业务逻辑，而不必关心底层实现细节。
通过学习模板和STL，我们可以编写出更加高效、可维护的代码，并利用现有的库功能来加速开发过程。
