C++模板：实现代码复用的高级技巧

在C++中，模板是一种强大的工具，用于实现代码复用和泛型编程。模板允许程序员编写通用的代码，这些代码可以在不同的数据类型上工作，而无需为每种数据类型重复编写代码。模板分为函数模板和类模板，它们为C++程序提供了更高的灵活性和效率。

函数模板

函数模板允许程序员定义一个通用的函数，该函数可以在不同的数据类型上工作。函数模板的定义以关键字template开始，后跟模板参数列表。例如：

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template <typename T>
T add(T a, T b) {
    return a + b;
}

在这个例子中，add是一个函数模板，它可以在任何支持+运算符的数据类型上工作。使用时，编译器会根据传入的参数类型自动推导模板参数T的类型。例如：

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int result1 = add(5, 3);       // T推导为int
double result2 = add(2.5, 1.5); // T推导为double

类模板

类模板允许程序员定义一个通用的类，该类可以在不同的数据类型上工作。类模板的定义也以关键字template开始，后跟模板参数列表。例如：

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template <typename T>
class Stack {
private:
    vector<T> elements;

public:
    void push(T elem) {
        elements.push_back(elem);
    }

    T pop() {
        T elem = elements.back();
        elements.pop_back();
        return elem;
    }

    bool isEmpty() const {
        return elements.empty();
    }
};

在这个例子中，Stack是一个类模板，它可以在任何数据类型上工作。使用时，可以这样声明一个Stack对象：

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Stack<int> intStack;
intStack.push(1);
intStack.push(2);
intStack.push(3);

while (!intStack.isEmpty()) {
    cout << intStack.pop() << endl;
}

模板特化

模板特化允许程序员为特定的模板参数提供特殊的实现。这在某些情况下非常有用，例如当通用模板在某些数据类型上无法正常工作时。例如：

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template <typename T>
class Box {
public:
    T value;
    Box(T val) : value(val) {}
};

// 特化Box类模板，用于类型char
template <>
class Box<char> {
public:
    char value;
    Box(char val) : value(val) {}
};

在这个例子中，Box类模板有一个特化版本，专门用于char类型。

标准模板库（STL）

C++标准模板库（STL）是C++模板的一个重要应用。STL提供了一组通用的容器（如vector、list、map等）、算法（如排序、查找等）和迭代器，这些工具大大简化了C++编程。例如：

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vector<int> numbers = {3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6};
sort(numbers.begin(), numbers.end());

for (int num : numbers) {
    cout << num << " ";
}
// 输出：1 1 2 3 4 5 6 9

总结

模板是C++中实现代码复用和泛型编程的强大工具。通过函数模板和类模板，可以编写通用的代码，这些代码可以在不同的数据类型上工作，而无需重复编写代码。模板特化则允许为特定的数据类型提供特殊的实现。STL是模板的一个重要应用，它提供了丰富的容器、算法和迭代器，大大简化了C++编程。掌握模板后，你将能够编写更加高效、灵活的C++程序。