【C++】函数模版和类模版详解

在C++编程中，模版（Templates）是一种强大的工具，允许程序员编写通用的代码，这些代码可以处理多种数据类型。通过模版，我们可以实现类型安全且高效的代码复用。本文将详细探讨C++中的函数模版和类模版，并通过代码实例来加深理解。

一、函数模版（Function Templates）

函数模版是一种创建函数的蓝图或公式，它允许我们编写一个函数，该函数可以接受多种类型的数据作为参数，而无需为每个类型编写一个单独的函数。
下面是一个简单的函数模版的例子，它定义了一个交换两个值的函数：

cpp

#include 

// 函数模版定义
template 
void swap(T& a, T& b) {
    T temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

int main() {
    int x = 5, y = 10;
    std::cout << "Before swap: x = " << x << ", y = " << y << std::endl;
    swap(x, y); // 使用int类型调用模版函数
    std::cout << "After swap: x = " << x << ", y = " << y << std::endl;

    double m = 3.14, n = 2.71;
    std::cout << "Before swap: m = " << m << ", n = " << n << std::endl;
    swap(m, n); // 使用double类型调用模版函数
    std::cout << "After swap: m = " << m << ", n = " << n << std::endl;

    return 0;
}

在这个例子中，swap函数模版可以接受任何类型的两个参数（只要这两个参数的类型相同），并交换它们的值。我们分别用int和double类型调用了这个函数模版，展示了它的通用性。

二、类模版（Class Templates）

类模版是创建类的蓝图或公式，它允许我们编写一个类，该类可以处理多种类型的数据。通过类模版，我们可以创建类型安全的容器类、数据结构等。
下面是一个简单的类模版的例子，它定义了一个动态数组类：

cpp

#include 

// 类模版定义
template 
class Array {
private:
    T* data;
    size_t size;

public:
    // 构造函数
    Array(size_t size) : size(size), data(new T[size]) {}

    // 析构函数
    ~Array() {
        delete[] data;
    }

    // 索引运算符重载
    T& operator[](size_t index) {
        if (index >= size) {
            throw std::out_of_range("Index out of range");
        }
        return data[index];
    }

    // 省略其他成员函数...
};

int main() {
    // 创建一个int类型的动态数组
    Array intArray(5);
    for (size_t i = 0; i < intArray.size; ++i) {
        intArray[i] = i * i;
    }

    // 创建一个double类型的动态数组
    Array doubleArray(3);
    for (size_t i = 0; i < doubleArray.size; ++i) {
        doubleArray[i] = i + 0.5;
    }

    // 省略输出代码...

    return 0;
}

在这个例子中，Array类模版定义了一个动态数组类，它可以处理任何类型的元素。我们分别创建了int和double类型的Array对象，并分别向它们中填充了数据。通过类模版，我们可以轻松地创建不同类型的容器类，而无需为每个类型编写一个单独的类。

三、总结

函数模版和类模版是C++中两种非常重要的编程工具，它们允许我们编写通用的代码来处理多种类型的数据。通过函数模版，我们可以编写通用的函数来处理不同类型的参数；通过类模版，我们可以创建通用的类来处理不同类型的对象。这些工具可以极大地提高代码的可重用性和灵活性，使程序员能够更高效地编写高质量的代码。

在实际开发中，函数模版和类模版被广泛应用于各种场景，如标准库中的容器类（如std::vector、std::map等）、算法库中的通用算法等。掌握这些工具对于提高编程能力和编写高质量的代码至关重要。