C++模板详解：函数模板与类模板

"C++模板是C++编程语言中的一种特性，用于实现参数化程序设计，允许开发者编写通用的代码，适用于不同数据类型的处理。模板分为函数模板和类模板，能够提高代码的重用性和可维护性，降低编程复杂度。C++标准模板库(STL)便是基于模板技术构建的。本文将深入探讨函数模板和类模板，以及它们在实际应用中的实例，如线性表、折半查找算法和单链表等数据结构的实现。" 15.1 模板 模板是一种参数化程序设计方法，它允许程序员创建能够处理多种数据类型的函数或类。模板本身不是实际的类或函数，而是一个蓝图，根据传入的具体类型自动生成相应的代码。 15.2 函数模板 函数模板提供了编写通用函数的能力。它们的定义通常以`template`关键字开头，后面跟着用尖括号包围的模板参数列表。模板参数可以是类型参数（代表一种类型）或非类型参数（代表常量表达式）。例如，一个接受任意类型参数的通用交换函数模板可能如下所示： ```cpp template <typename T> void swap(T& a, T& b) { T temp = a; a = b; b = temp; } ``` 15.2.1 函数模板定义 定义函数模板时，需要指定模板参数，这些参数在函数体内部代表未指定的数据类型。 15.2.2 函数模板基础 函数模板的基本使用包括定义和实例化。在定义模板后，编译器会根据传入的类型自动实例化对应的函数。例如，上面的`swap`函数可以用于整数、浮点数甚至自定义类型。 15.2.3 函数模板实例 模板实例化是通过调用模板函数来实现的，例如： ```cpp int x = 5, y = 10; swap(x, y); // 实例化为 int 类型的 swap 函数 double a = 3.14, b = 2.71; swap(a, b); // 实例化为 double 类型的 swap 函数 ``` 15.3 类模板 类模板是创建泛型类的方法，它允许类的成员操作任何类型的数据。类模板的定义方式类似于函数模板，但用于定义类的结构和行为。 15.3.1 类模板定义 类模板定义同样以`template`关键字开头，后面跟着模板参数列表。例如，一个简单的泛型栈类模板可能如下： ```cpp template <typename T> class Stack { public: void push(const T& value); T pop(); bool isEmpty() const; private: std::vector<T> elements; }; ``` 15.3.2 类模板实例 类模板的实例化通常在类的声明或定义时完成，或者在类的对象创建时完成。比如： ```cpp Stack<int> intStack; // 实例化为整数类型的 Stack Stack<std::string> strStack; // 实例化为字符串类型的 Stack ``` 15.4 线性表 线性表是数据结构中的基本概念，可以使用模板实现以适应多种数据类型。通过类模板，我们可以创建一个通用的线性表类，支持插入、删除和查找等操作。 15.5 折半查找算法 折半查找算法（Binary Search）是一种效率较高的查找算法，适用于有序序列。模板可以用来实现对不同数据类型的折半查找。 15.6 单链表（SinglyLinkedList） 单链表是一种常用的数据结构，使用模板可以创建一个泛型单链表类，方便处理不同类型的数据。 15.7 栈 栈是一种后进先出（LIFO）的数据结构，使用模板可以创建一个泛型栈类，支持压栈、弹栈等操作。 C++模板是强大的工具，能够帮助程序员编写高效、灵活且易于维护的代码。通过熟练掌握函数模板和类模板，可以更有效地应对复杂的问题，并在实现各种数据结构和算法时节约时间和精力。