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C++ | 高级教程 | 泛型模板

news 来源：原创 2025/5/25 7:58:58

👻 概念

泛型编程 —— 以一种独立于任何特定类型的方式编写代码，如向量有 vector <int> 或 vector <string>
模板 —— 泛型编程的基础，是创建泛型类或函数的蓝图或公式

👻 函数模板

👾语法格式

使用关键字 template 声明模板

template <typename T> return_type function_name(parameter list) {
	// 函数主体
}

template <typename T> —— 声明模板参数
return_type —— 返回类型
function_name —— 名称
parameter list —— 函数参数列表

👾示例代码

template <typename T> inline T const& Max (T const& a, T const& b) {
	return a < b ? b:a;
}

...

int i = 5, j = 1;
cout << "Max(i, j) = " << Max(i, j) << endl;			// Max(i, j) = 5

double f1 = 5.5, f2 = 1.5;
cout << "Max(f1, f2) = " << Max(f1, f2) << endl;		// Max(f1, f2) = 5.5

string s1 = "Hello", s2 = "World";
cout << "Max(s1, s2) = " << Max(s1, s2) << endl;		// Max(s1, s2) = World

template <typename T> inline T const& Max (T const& a, T const& b) { return a < b ? b:a; }
inline —— 建议编译器函数内联展开，减少调用开销（函数主体很短）
& —— 使用引用避免复制对象，提高效率
const —— 保证参数不会被修改

👻 类模板

👾语法格式

template <class T> class class_name {
	// 类主体
}
template <class T> return_type class_name<T>::function_name(parameter list) {
	// 类成员函数主体
}

template <class T> —— 声明模板参数
class_name —— 类名

👾示例代码

template<class T> class Stack {
	private:
		vector<T> elems;
	public:
		bool empty() const;
		void push(T const&);
		void pop();
		T top() const;
};

/* 为空返回真 */
template<class T> bool Stack<T>::empty() const { return elems.empty(); }

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

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

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

...

try {
	Stack<int> intStack; 
	intStack.push(1);
	cout << intStack.top() <<endl;	// 输出 1
	intStack.pop();
	intStack.pop();
} catch (exception const& ex) {
	cerr << "Exception: " << ex.what() << endl;	// 输出 Exception: Stack<>::pop(): empty stack
	return -1;
}

在类成员函数内部声明时，通常不需要指定参数名 elem，即直接使用 push(T const&)
void push(T const&);
在类成员函数外部定义时，需要指定参数名，因为是函数的具体实现部分，即 push(T const& elem)
template <class T> void Stack<T>::push(T const& elem) { ... }
在声明中省略参数名，优点：

简洁性：声明的目的是告诉编译器函数的签名，而不是具体的实现细节。省略可以使声明更加简洁。
一致性：参数名在声明中可能没有实际意义，不会被编译器使用。省略可以避免不必要的冗余。

在定义模板类的成员函数时，必须指定模板参数 Stack<T>，确保编译器能够正确地实例化模板类，即：
template <class T> void Stack<T>::pop() { ... }  	// 正确的，Stack<T>::pop
template <class T> void Stack::pop() { ... }  	// 错误的，Stack::pop

关键字 const 在函数声明和定义中可以用于修饰成员函数，表示该成员函数不会修改对象的任何成员变量。这种函数称为 常量成员函数 或 const 成员函数
template <class T> T Stack<T>::top() const { ... }
const 成员函数

不修改对象的任何成员变量，使得其可以在 const 对象上调用，而不违反 const 的语义
const Stack<int> intStack;
intStack.push(4);			 // 编译错误，无法调用 
int top = intStack.top();	 // 编译正确，只有 const 成员函数可以调用
不能调用非 const 成员函数，只能调用其他 const 成员函数
const 对象：

只能调用对象的 const 成员函数。