C++模板编程详解

"C++基础讲义——6" 本讲义主要涵盖了C++中的模板编程，包括模板函数、模板类以及一些复杂情况的处理，并通过树遍历的应用来展示模板的强大功能。模板是C++中实现泛型编程的关键，它允许我们编写能够处理多种数据类型的通用代码，减少了代码重复，提升了代码的复用性。 6.1 模板函数 模板函数是C++中泛型编程的基础。在示例中，我们看到了三个`Swap`函数，分别用于交换不同类型的变量（char、int、double）。虽然这些函数可以重载并同时存在，但它们在源代码中存在重复。通过使用模板，我们可以创建一个通用的`Swap`函数，如下所示： ```cpp template <typename T> void Swap(T& x, T& y) { T t = x; // 类型T由编译器推断 x = y; y = t; } ``` 这里的`typename T`是一个类型参数，表示我们可以使用任何类型来调用这个函数。编译器会根据传入的实际类型生成特定的函数实例。 6.1.1 类型参数 类型参数（如`typename T`）使得函数或类可以处理多种数据类型。在上述的`Swap`函数中，`T`就是类型参数，它代表了函数可以操作的任意数据类型。当调用`Swap<int>`、`Swap<char>`或`Swap<double>`时，编译器会生成相应的函数实例，将`T`替换为实际类型。 6.2 模板类 模板不仅可用于函数，还可以用于定义模板类，如容器（如`std::vector`、`std::list`）和算法（如`std::sort`）。模板类允许我们创建泛型容器或算法，可以容纳各种类型的元素。例如，`std::vector<T>`就是一个模板类，它可以存储类型为`T`的元素序列。 6.3 复杂情况 模板编程中的一些复杂情况包括模板特化（template specialization）、模板偏特化（partial template specialization）以及模板元编程（template metaprogramming）。这些技术可以用于为特定类型提供定制的实现，或者在编译期进行计算。 6.4 树遍历 模板在数据结构和算法中的应用非常广泛，例如在树的遍历中。使用模板，我们可以编写一个通用的函数或类来遍历不同类型的树结构，无需为每种节点类型单独编写代码。 模板编程是C++中一项强大的特性，它增强了代码的灵活性和可重用性。理解并熟练运用模板，对于提升C++编程技能至关重要。推荐进一步阅读(Weiss2004, Chapter7)、(Koenig and Moo2000, Chpater8)以及(Vandervoorde and Josuttis2003)以深入了解C++的模板机制。