C++ Primer 项目解析：模板与泛型编程深度指南-优快云博客

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C++ Primer 项目解析：模板与泛型编程深度指南

CppPrimer :books: Solutions for C++ Primer 5th exercises. 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/cp/CppPrimer

概述

本文深入解析了C++模板与泛型编程的核心概念，基于经典教材《C++ Primer》第16章内容。模板是C++中最强大的特性之一，它允许我们编写与类型无关的通用代码，极大地提高了代码的复用性和灵活性。

模板基础概念

模板实例化

模板实例化是指编译器根据模板生成特定类型版本的过程。例如：

template <typename T>
class Stack { /*...*/ };

Stack<int> intStack;  // 实例化int版本的Stack

当类模板被实例化时，编译器会重写模板，将模板参数T替换为具体的类型参数。

函数模板 vs 类模板

函数模板：定义可以从其生成特定函数的模板
类模板：定义可以从其生成特定类的模板

关键区别在于编译器无法像函数模板那样为类模板推导模板参数类型，必须显式指定。

模板编程实践

比较函数模板

实现通用的compare函数模板：

template <typename T>
int compare(const T& v1, const T& v2) {
    if (v1 < v2) return -1;
    if (v2 < v1) return 1;
    return 0;
}

数组处理模板

编写处理任意类型和大小数组的模板：

template <typename T, size_t N>
void print(const T (&arr)[N]) {
    for (const auto& elem : arr) {
        std::cout << elem << " ";
    }
}

迭代器与容器

使用模板处理各种容器：

template <typename Container>
void printContainer(const Container& c) {
    for (auto it = c.begin(); it != c.end(); ++it) {
        std::cout << *it << " ";
    }
}

高级模板特性

模板参数推导

编译器通过函数参数类型推导模板参数：

template <typename T>
void f(T&& val);  // 万能引用

int i = 0;
f(i);  // T推导为int&
f(42); // T推导为int

引用折叠规则

理解引用折叠对模板编程至关重要：

X& &、X& &&和X&& &都折叠为X&
X&& &&折叠为X&&

可变参数模板

处理任意数量参数的模板：

template <typename... Args>
void foo(Args... args);

智能指针模板实现

自定义shared_ptr

实现简化版的共享指针：

template <typename T>
class SharedPtr {
public:
    // 构造函数、析构函数等
    SharedPtr(T* ptr) : ptr_(ptr), count_(new size_t(1)) {}
    ~SharedPtr() { decrementAndDestroy(); }
    // 拷贝控制成员
private:
    T* ptr_;
    size_t* count_;
};

自定义unique_ptr

实现简化版的独占指针：

template <typename T, typename D = DebugDelete>
class UniquePtr {
public:
    UniquePtr(T* ptr, D d = D()) : ptr_(ptr), deleter_(d) {}
    ~UniquePtr() { deleter_(ptr_); }
    // 禁用拷贝
private:
    T* ptr_;
    D deleter_;
};

模板特化与重载

函数模板重载

template <typename T> void f(T);          // 1
template <typename T> void f(const T*);   // 2

int i = 42;
const int ci = 0, *p2 = &ci;
f(i);   // 调用1
f(p2);  // 调用2