C++基础：C++模板（Template）简介

1、概述：

模板（Template）是一种强大的C++软件复用特性，通常有两种形式：函数模板和类模板。函数模板针对仅参数类型不同的函数；类模板针对仅数据成员和成员函数类型不同的类。函数模板和类模板可以是程序员只需制定一个单独的代码段，就可表示一整套称为函数模板特化的相关（重载）函数或是表示一整套称为类模板特化的相关的类。这种技术称为泛型程序设计（generic programming）。

使用模板的好处在于，可以使程序员编写与类型无关的代码。使用时要注意：模板的声明或定义只能在全局，命名空间或类范围内进行。即不能在局部范围，函数内进行，比如不能在main函数中声明或定义一个模板。

模板定义以关键字template开始，后接模板形参表，模板形参表是用尖括号括住的一个或者多个模板形参的列表，形参之间以逗号分隔。模板形参可以是表示类型的类型形参，也可以是表示常量表达式的非类型形参。非类型形参跟在类型说明符之后声明。类型形参跟在关键字class或typename之后定义。

2、函数模板

函数模板格式如下：

template<typename T1,typename T1,…>函数名(参数列表){…}

或 template<classT1,class T1,…>函数名(参数列表){…}

其中尖括号内为模板形参列表，不能为空，但具体数目依需要而定。此处，typename和class关键字无区别。以下以一段代码示例简要说明使用。

/*
test for template
*/
#include<iostream>
using namespace std;
template<class T>
T findBigger(T &a, T &b)
{
return a>b ? a:b;
}

void main()
{
int i1 = 10, i2 = 20;
double d1 = 1.1, d2 = 2.2;
cout<<"----------Test for template----------"<<endl;
cout<<"bigger one between "<<i1 <<" and "<<i2<<" is "<<findBigger(i1,i2)<<endl;//无需说明类型
cout<<"bigger one between "<<d1 <<" and "<<d2<<" is "<<findBigger(d1,d2)<<endl;
system("pause");
}

几点说明：

模板形参名只能在模板头部的形参列表中声明一次，但是可以在函数头和函数体内重复使用；
如果调用了一个带用户定义类型的模板，并且该模板用到了函数或运算符（如，==、+、<=），那么这些函数和运算符必须被这个用户定义类型重载。忘记重载这些函数和运算符会导致编译错误。

3、类模板

类模板格式与函数模板相似：

template<typename T1,typename T1,…>class 类名{…}

或 template<classT1,class T1,…> class 类名{…}

依然以代码说明，定义了堆栈类Stack及其操作，并创建模板函数类测试。

//Stack class template
//Filename: Stack.h
#ifndef STACK_H
#define STACK_H

template<class T>
class Stack
{
private:
int size;
int top;
T *stackPtr;
public:
Stack(int = 10);
~Stack()
{
delete []stackPtr;
}
bool push(const T &); //push an element onto the stack
bool pop(T &);//pop an element off the stack
bool isEmpty() const
{
return top==-1;
}
bool isFull() const
{
return top==size-1;
}
};

template<class T>
Stack<T>::Stack(int n):size(n>0 ? n:10),top(-1),stackPtr(new T[size])
{
//empty body
}

template<class T>
bool Stack<T>::push(const T &value)
{
if(!isFull())
{
stackPtr[++top] = value;
return true;
}
return false;
}

template<class T>
bool Stack<T>::pop(T &value)
{
if(!isEmpty())
{
value = stackPtr[top--];
return true;
}
return false;
}
#endif

/*
test for template
*/
//Filename: templatetest.cpp
#include<iostream>
#include<string>
#include"Stack.h"
using namespace std;

//创建模板函数来测试
template<class T>
void testStack( Stack<T> &theStack, T value, T increment ,const string stackName)
{
cout<<"\nPushing elements onto "<<stackName<<endl;
while(theStack.push(value))
{
cout<< value<< ' ';
value += increment;
}

cout<<"\nStack is full now. Cannot push "<<value<<endl;
cout<<"\nPoping elements from "<<stackName<<endl;
while(theStack.pop(value))
cout<<value<< ' ';
cout<<"\nStack is empty now. Cannot pop"<<endl;
}

int main()
{
Stack<int> intStack(10);
Stack<double> doubleStack(8);

testStack(intStack, 2, 2, "intStack");
testStack(doubleStack, 1.1, 1.1 ,"doubleStack");
system("pause");
return 0;
}

结果截图：



几点说明：

以上示例Stack类模板只在模板头部使用了一个类型参数，可以使用多个。
同样也可以使用非类型模板参数（或非类型参数），它可以有默认的参数并作为常量处理。例如，模板头部可以修改为包含一个 int elements 参数的形式，elements说明其Stack的大小，如下所示：

template<class T, int elements> //其中elements就是非类型参数，然后使用如下声明：

Stack<double , 100> doubleStack; 实例化一个有100个double元素的doubleStack对象。

另外，类型参数可以指定其默认类型，例如：

template<class T = string> //Stack元素默认为string对象，然后可以使用如下声明：

Stack< >stringStack; 来实例化一个string类型的Stack。

要注意的是，默认参数必须放在模板参数列表的最右边（尾部）。当用两个或两个以上的默认类型初始化一个类似，其中一个默认参数不是在参数列表的最右边，那么该参数右边的所有参数都将被忽略。