C++ 基础 6：模板

1 函数模板

泛型(Generic Programming)，即是指具有在多种数据类型上皆可操作的含意。

泛型编程 的代表作品 STL 是一种高效、泛型、可交互操作的软件组件。 泛型编程最初诞生于 C++中，目的是为了实现 C++的 STL(标准模板库)。其语言支持机制就是模板(Templates)。模板的精神其实很简单：参数化类型。换句话说，把一个原本特定于某个类型的算法或类当中的类型信息抽掉，抽出来做成模板参数 T。

所谓函数模板，实际上是建立一个通用函数，其函数类型和形参类型不具体指定，用一个虚拟的类型来代表。这个通用函数就称为 函数模板。

1.1 函数模板的引入

语法格式如下：

template <typename T>
返回类型 函数模板名（函数参数列表）
{
      函数模板定义体
}

template 是语义是模板的意思，尖括号中先写关键字 typename 或是 class，后面跟一个类型 T，此类即是虚拟的类型。至于为什么用 T，用的人多了，也就是 T 了。

1.2 函数模板的实例

// funcTemplate.cpp，函数模板

#include <iostream>

using namespace std;

template <typename T>
void mySwap(T &a, T &b)
{
	T t = a;
	a = b;
	b = t;
}

int main()
{
	int x = 1;
	int y = 2;

	mySwap(x,y);
	cout << "x：" << x << ",y：" << y << endl;

	mySwap<int>(x,y);
	cout << "x：" << x << ",y：" << y << endl;

	char a = 'a';
	char b = 'b';

	mySwap(a,b);
	cout << "a：" << a << ",b：" << b << endl;

	mySwap<char>(a,b);
	cout << "a：" << a << ",b：" << b << endl;

	return 0;
}

运行结果：

函数模板，只适合函数的参数个数相同而类型不同，且函数体相同的情况。如果个数不同，则不能用函数模板。

2 类模板

2.1 类模板定义

类模板与函数模板的定义和使用类似，我们已经进行了介绍。 有时，有两个或多个类，其功能是相同的，仅仅是数据类型不同，所以将类中的类型进行泛化。

语法格式如下：

template <typename T>
class 类名
{

}

2.2 类模板的实例

下面的实例定义了类 Stack<>，并实现了泛型方法来对元素进行入栈出栈操作：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <cstdlib>
#include <string>
#include <stdexcept>

using namespace std;

template <class T>
class Stack {
  private:
    vector<T> elems;          // 元素 

  public:
    void push(T const&);      // 入栈
    void pop();               // 出栈
    T top() const;            // 返回栈顶元素
    bool empty() const{       // 如果为空则返回真。
        return elems.empty();
    }
}; 

template <class T>
void Stack<T>::push (T const& elem)
{
    // 追加传入元素的副本
    elems.push_back(elem);
} 

template <class T>
void Stack<T>::pop ()
{
    if (elems.empty()) {
        throw out_of_range("Stack<>::pop(): empty stack");
    }
    // 删除最后一个元素
    elems.pop_back();
} 

template <class T>
T Stack<T>::top () const
{
    if (elems.empty()) {
        throw out_of_range("Stack<>::top(): empty stack");
    }
    // 返回最后一个元素的副本
    return elems.back();
} 

int main()
{
    try {
        Stack<int>         intStack;  // int 类型的栈
        Stack<string> stringStack;    // string 类型的栈 

        // 操作 int 类型的栈
        intStack.push(7);
        cout << intStack.top() <<endl; 

        // 操作 string 类型的栈
        stringStack.push("hello");
        cout << stringStack.top() << std::endl;
        stringStack.pop();
        stringStack.pop();
    }
    catch (exception const& ex) {
        cerr << "Exception: " << ex.what() <<endl;
        return -1;
    }
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

7
hello
Exception: Stack<>::pop(): empty stack