day34-c++模板

一、c++模板简介

1.1 模板的概念

模板的概念是，我们可以定义一个函数或类的框架，但是不指定具体的数据类型，而是用一个占位符（如T）来表示。当我们使用模板时，编译器会根据我们传入的实际类型，生成对应的函数或类的代码。这样，我们就可以避免重复编写相同逻辑的代码，提高代码的复用性和可维护性。

1.2 模板的作用

它可以让我们实现泛型编程（generic programming），即编写与数据类型无关的代码。泛型编程的优点是，它可以提高代码的效率和灵活性，减少错误和冗余，增加代码的可读性和可扩展性。例如，我们可以使用模板来实现一个通用的排序函数，它可以对任何类型的数组进行排序，而不需要为每种类型都写一个专门的排序函数。

1.3 模板的使用场景

当我们需要对不同类型的数据进行相同或类似的操作时，我们可以考虑使用模板。例如，我们可以使用模板来实现一些常用的数据结构（如链表，栈，队列等），它们可以存储任何类型的数据。我们也可以使用模板来实现一些算法（如排序，查找，最大值等），它们可以处理任何类型的数据。

1.4 模板的分类

模板的分类有两种：函数模板和类模板。 函数模板是指定义一个通用的函数，它可以根据不同的参数类型生成不同的函数代码。类模板是指定义一个通用的类，它可以根据不同的参数类型生成不同的类代码。函数模板和类模板都可以有多个参数类型，也可以有默认参数类型。函数模板和类模板都遵循一些语法规则，例如，在定义和使用模板时都要加上template关键字，在使用模板时都要加上尖括号（<>）来指定参数类型等。

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二、c++模板定义

模板的定义使用了关键字template，后面跟一个或多个模板参数，用尖括号<>括起来。模板参数可以是类型参数，也可以是非类型参数，如整数或枚举常量。例如，下面是一个简单的模板函数的定义：

#include <iostream>
using namespace std;

//定义函数模板add
template <typename T>   //声明类型可以用typename也可以用class
T add(T a, T b){
    return a+b;
}
int main(void){

    cout<<add(1,2)<<endl;   //根据实参类型自动匹配类型T为int
    cout<<add(3.14,2.2)<<endl;
    int d = add(3.8,2.9); //根据返回值类型适配类型T为double还是int
    cout<<d<<endl;
    //cout<<add(3,2.9)<<endl; //编译错误，有两种类型int和double,无法匹配类型T
    cout<<add<int>(3,2.9)<<endl; //显示指定T为int
    return 0;
}

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三、c++模板使用

多参数时可以设置为 template <typename T，int x>,下面是用模板类创建的数组

#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;

template <typename T,int len>
class Array {
public:
    Array(T val);
    ~Array();
    T getval(const int ) const;
    void setval(const int ,const T);
private:
    T *buffer;
};

template <typename T,int len>
Array<T,len>::Array(T val) {
    buffer = new T[len];
    assert(buffer != NULL);  //assert是一个宏定义，不是函数1。它用于检查程序中的条件是否为真。如果条件为假，程序会终止运行，并输出错误信息，包括断言的表达式，源文件名和行号
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        buffer[i] = val;
    }
}

template <typename T,int len>
Array<T,len>::~Array() {
    delete [] buffer;
}

template <typename T,int len>
T Array<T,len>::getval(const int pos) const {
    return buffer[pos];
}

template <typename T,int len>
void Array<T,len>::setval(const int pos,const T val) {
    buffer[pos] = val;
}



int main(void){
    Array<int , 10> a(0);
    a.setval(0,1);
    a.setval(1,2);
    cout<< a.getval(0) << endl;
    cout<< a.getval(1) << endl;
    return 0;
}

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四、c++友员模板函数

友员模板函数是将模板函数声明为类的友员函数的一种方法。友员模板函数可以访问类的私有成员和保护成员，同时也可以根据不同的类型参数生成不同的函数实例。友员模板函数可以实现一些特定的功能，例如重载运算符，比较不同类型的对象，或者实现多态。

#include <iostream>
using namespace std;

// 定义一个模板类 Complex，表示复数
template <typename T>
class Complex {
private:
    T real; // 实部
    T imag; // 虚部
public:
// 构造函数，可以用两个参数或一个参数初始化
    Complex(T r = 0, T i = 0) : real(r), imag(i) {}
// 获取实部的值
    T getReal() const { return real; }
// 获取虚部的值
    T getImag() const { return imag; }
// 定义一个友员模板函数，用于实现+的操作符重载
    template <typename U>
    friend Complex<U> operator+(const Complex<U>& a, const Complex<U>& b);
};

// 友员模板函数的实现，返回两个复数相加的结果
template <typename U>
Complex<U> operator+(const Complex<U>& a, const Complex<U>& b) {
    return Complex<U>(a.getReal() + b.getReal(), a.getImag() + b.getImag());
}

// 测试代码
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
// 创建两个 int 类型的复数对象
    Complex<int> c1(1, 2);
    Complex<int> c2(3, 4);
// 使用+操作符重载，输出两个复数相加的结果
    Complex<int> c3 = c1 + c2;
    cout << c3.getReal() << " + " << c3.getImag() << "i" << endl; // 4 + 6i
    return 0;
}

再来个例子；

// 声明一个非类型参数化的函数模板
template <typename T, typename U>
void show(T x, U y);

// 定义一个模板类
template <class T>
class C {
private:
T data;
public:
C(const T& d) : data(d) {}
// 说明一个非类型参数化的函数模板为友员，并在非类型参数前加上typename关键字
template <typename U, typename V>
friend void show(U x, V y);
};

// 定义一个非类型参数化的函数模板
template <typename T, typename U>
void show(T x, U y) {
std::cout << x << " " << y << std::endl;
}

int main() {
C<int> c(10);
// 调用友员函数时，指定非类型参数的类型
show<C<int>, int>(c, 20);
return 0;
}

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