函数模板与类模板深入解析及实例

目录

函数模板

类模板

类模板成员函数的实例化

类模板的静态成员

全局特化与成员特化

缺省模板参数与数值形式的模板参数

结论

函数模板

函数模板允许我们编写适用于多种数据类型的通用函数。以下是函数模板的定义和使用示例：

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

int main() {
    // 隐式实例化，T 被推断为 int
    std::cout << max(3, 7) << std::endl;

    // 显式实例化为 double 类型
    std::cout << max<double>(3.5, 2.8) << std::endl;
}

类模板

类模板使得我们可以创建泛型类，适用于不同数据类型。类模板定义及使用示例：

template <typename T>
class Box {
public:
    T contents;
    void set(T item) { contents = item; }
    T get() const { return contents; }
};

int main() {
    Box<int> intBox;
    intBox.set(42);
    std::cout << intBox.get() << std::endl;

    Box<std::string> stringBox;
    stringBox.set("Hello");
    std::cout << stringBox.get() << std::endl;
}

类模板成员函数的实例化

类模板的成员函数只有在被调用时才实例化。如果成员函数是虚函数，则会在编译期实例化所有可能的版本。

类模板的静态成员

静态成员在类模板的每个实例中都是独立的，例如：

template <typename T>
class MyClass {
public:
    static T sharedValue;
};

// 在类外定义静态成员
template <typename T>
T MyClass<T>::sharedValue = T();

int main() {
    MyClass<int> obj1;
    MyClass<double> obj2;
    obj1.sharedValue = 10;
    obj2.sharedValue = 3.14;
    std::cout << obj1.sharedValue << ", " << obj2.sharedValue << std::endl; // 输出: 10, 3.14
}

全局特化与成员特化

• 全局特化：针对特定类型完全特化模板。

  template <>
  void max<char>(char a, char b) {
      return a > b ? a : b;
  }

  成员特化：特化类模板中的某个成员函数。

  template <>
  std::string Box<std::string>::get() const {
      return "Specialized get for string";
  }

缺省模板参数与数值形式的模板参数

• 缺省模板参数允许在不提供某些类型参数时使用默认值。

  1template <typename T = int>
  2class DefaultTemplate {
  3};
  4
  5DefaultTemplate<> defaultInt; // 使用默认类型 int

• 数值形式的模板参数允许使用整数等作为模板参数。

  template <typename T, size_t N = 80>
  class Array {
      T data[N];
  };
  
  Array<double, 100> largeArray; // 使用自定义大小

  结论

  函数模板和类模板是C++中泛型编程的核心，它们极大地增强了代码的复用性和灵活性。通过实例化，我们可以为不同数据类型生成定制化的函数和类，同时通过特化处理特殊情况，确保了泛型代码的适用范围和效率。理解模板的二次编译、隐式推断、重载规则以及特化技巧，对于高效地使用模板至关重要。