从0开始学习C++ 第二十课：模板与泛型编程

第二十课：模板与泛型编程

学习目标：

• 掌握模板的基本语法和概念。
• 学会使用函数模板来创建可重用的函数。
• 学习如何定义类模板以实现数据结构的泛型。
• 理解模板在C++中提供的灵活性和强大功能。

学习内容：

1. 模板的概念：
   模板是C++中支持泛型编程的一种工具，它允许程序员编写与数据类型无关的代码。模板可以应用于函数和类。

2. 函数模板：
   函数模板允许你编写一个适用于任何数据类型的函数。

   代码示例：

   // 函数模板
   template <typename T>
   T max(T a, T b) {
       return (a > b) ? a : b;
   }
   
   // 使用函数模板
   int main() {
       int i = max(10, 5); // 使用int类型
       double d = max(10.5, 5.5); // 使用double类型
   
       cout << "Max of 10 and 5 is " << i << endl;
       cout << "Max of 10.5 and 5.5 is " << d << endl;
   
       return 0;
   }
   

3. 类模板：
   类模板允许你创建可以处理任何数据类型的类。例如，你可以创建一个泛型的Array类，可以存储任何类型的数组。

   代码示例：

   template <typename T>
   class Array {
   private:
       T* elements;
       int size;
   public:
       Array(int size) : size(size) {
           elements = new T[size];
       }
       ~Array() {
           delete[] elements;
       }
       // 其他成员函数...
   };
   
   // 使用类模板
   int main() {
       Array<int> intArray(12); // 整型数组
       Array<double> doubleArray(12); // 双精度浮点数组
   
       // ...使用数组
   
       return 0;
   }
   

4. 模板的使用场景：
   当需要创建可在多种数据类型之间进行操作的函数或类时，模板是非常有用的。它们是实现算法库如STL（Standard Template Library）的基石。

练习题：

编写一个函数模板swap，它接受两个同类型的参数并交换它们的值。在main函数中，创建两个整数和两个字符串，使用你的swap函数模板来交换它们的值，并打印出交换前后的结果。

答案：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

// 函数模板
template <typename T>
void swap(T& a, T& b) {
    T temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

int main() {
    int num1 = 1, num2 = 2;
    string str1 = "Hello", str2 = "World";

    cout << "Before swap: " << num1 << " " << num2 << endl;
    swap(num1, num2);
    cout << "After swap: " << num1 << " " << num2 << endl;

    cout << "Before swap: " << str1 << " " << str2 << endl;
    swap(str1, str2);
    cout << "After swap: " << str1 << " " << str2 << endl;

    return 0;
}

预计输出效果：

Before swap: 1 2
After swap: 2 1
Before swap: Hello World
After swap: World Hello

在这个练习中，我们看到swap函数模板如何用于不同类型的数据，展示了模板在编写泛型代码中的强大能力。通过学习模板，我们可以提高代码的重用性和灵活性。