C++中template的简单用法

　　

　　模板（Template）指C++程序设计设计语言中采用类型作为参数的程序设计，支持通用程序设计。C++ 的标准库提供许多有用的函数大多结合了模板的观念，如STL以及IO Stream。使用模板可以使用户为类或者函数声明一种一般模式，使得类中的某些数据成员或者成员函数的参数、返回值取得任意类型。

一、函数模板

　　在c++入门中，很多人会接触swap(int&, int&)这样的函数类似代码如下:

void swap(int&a , int& b) {
    int temp = a;
    a =  b;
    b = temp;
}

　　但是如果是要支持long,string,自定义class的swap函数,代码和上述代码差不多，只是类型不同，这个时候就是我们定义swap的函数模板,就可以复用不同类型的swap函数代码，函数模板的声明形式如下:

template<class 形参名, class 形参名,......> 返回类型 函数名(参数列表)
{

}

template<typename 形参名, typename 形参名,......> 返回类型 函数名(参数列表)
{

}

　　swap函数模板的声明和定义代码如下:　

//method.h
#pragma once
template <class T> void swap(T& t1, T& t2)
{
    T tmp;
    tmp = t1;
    t1 = t2;
    t2 = tmp;
}

　　上述是模板的声明和定义了，那模板如何实例化呢，模板的实例化是编译器做的事情，与程序员无关，那么上述模板如何使用呢，代码如下:

//main.cpp
#include <stdio.h>
#include "method.h"
int main() {
    //模板方法 
    int num1 = 1, num2 = 2;
    swap<int>(num1, num2);
    printf("num1:%d, num2:%d
", num1, num2);  
    return 0;
}

　　可以注意到，我将函数模板的声明和定义都放在了头文件中，一般来说，函数的声明放在头文件，其定义通常是放在源文件中的，这样在包含头文件时，可以有效避免出现重定义error。但模板的使用，需要实例化，而当实例化一个模板时，编译器必须看到模板确切的定义，而不仅仅是它的声明。（这一部分更多的解释可参考http://blog.csdn.net/lichengyu/article/details/6792135）

二、类模板

　　考虑我们写一个简单的栈的类，这个栈可以支持int类型，long类型，string类型等等，不利用类模板，我们就要写三个以上的stack类，其中代码基本一样，通过类模板，我们可以定义一个简单的栈模板，再根据需要实例化为int栈，long栈，string栈。

//stack.h
#pragma once
template<class T> class Stack {
public:
    Stack();
    ~Stack();
    void push(T t);
    T pop();
    bool isEmpty();
private:
    T* m_pT;
    int m_maxSize;
    int m_size;
};

//同样，也把类模板中函数的定义写在.h文件中

//Define of Construct
template<class T> Stack<T>::Stack()
{
    m_maxSize = 100;
    m_size = 0;
    m_pT = new T[m_maxSize];
}

//Define of Destructor
template<class T> Stack<T>::~Stack()
{
    delete[] m_pT;
}

//Define of push()
template<class T> void Stack<T>::push(T t)
{
    m_size++;
    m_pT[m_size - 1] = t;//数组下标从0开始
}

//Define of pop()
template<class T> T Stack<T>::pop()
{
    T t = m_pT[m_size - 1];
    m_size--;
    return t;
}

//Define of isEmpty();
template<class T> bool Stack<T>::isEmpty()
{
    return m_size == 0;
}

　　上述定义了一个类模板--栈，这个栈很简单，只是为了说明类模板如何使用而已，最多只支持100个元素入栈，使用示例如下：

#include <stdio.h>
#include "stack.h"

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

    while (!intStack.isEmpty())
    {
        printf("num:%d
", intStack.pop());
    }
    return 0;

}
//num:3
//num:2
//num:1

三、模板参数

　　模板可以有类型参数，也可以有非类型参数（即内置类型参数），也可以有模板参数。

　　上述类模板的栈有一个限制，就是最多只能支持100个元素，我们可以使用模板参数配置这个栈的最大元素数,如果不配置，就设置默认最大值为100，代码如下:

//stack.h
#pragma once
//模板参数中使用内置的类型参数int，增加栈的最大容纳元素数
template<class T,int maxsize=100> class Stack {
public:
    Stack();
    ~Stack();
    void push(T t);
    T pop();
    bool isEmpty();
private:
    T* m_pT;
    int m_maxSize;
    int m_size;
};

//同样，也把类模板中函数的定义写在.h文件中

//Define of Construct
template<class T,int maxsize> Stack<T,maxsize>::Stack()    //注意Stack<T,maxsize>中maxsize不要漏了
{
    m_maxSize =maxsize;
    m_size = 0;
    m_pT = new T[m_maxSize];
}

//Define of Destructor
template<class T,int maxsize> Stack<T,maxsize>::~Stack()
{
    delete[] m_pT;
}

//Define of push()
template<class T,int maxsize> void Stack<T,maxsize>::push(T t)
{
    m_size++;//增加元素的个数
    m_pT[m_size - 1] = t;//入栈，因为数组下标从0开始，所以-1
}

//Define of pop()
template<class T,int maxsize> T Stack<T,maxsize>::pop()
{
    T t = m_pT[m_size - 1];
    m_size--;
    return t;
}

//Define of isEmpty();
template<class T,int maxsize> bool Stack<T,maxsize>::isEmpty()
{
    return m_size == 0;
}

使用示例如下：

#include <stdio.h>
#include "stack.h"

int main()
{
    const int maxsize = 1024;
    Stack<int,1024> intStack;
    for (int i = 0; i < maxsize; i++)
        intStack.push(i);

    while (!intStack.isEmpty())
    {
        printf("num:%d
", intStack.pop());
    }
    return 0;

}
//num:1023
//num:1022
//num:1021
//...
//...
//num:0

 注：上述代码中template<class T,int maxsize=100> class Stack{};中int maxsize就是非类型的模板参数。有以下几点需要注意的：

　　1、非类型参数在模板定义的内部是常量值，也就是说非类型参数在模板的内部是常量；

　　2、非类型模板的参数只能是整型，指针和引用，像double,String,String **这样的类型是不允许的。但是double &,double *，对象的引用或指针是正确的；

　　3、调用非类型模板形参的实参必须是一个常量表达式，即它必须能在编译时计算出结果；

　　4、任何局部对象，局部变量，局部对象的地址，局部变量的地址都不是一个常量表达式，都不能用作非类型模板形参的实参。全局指针类型，全局变量，全局对象也不是一个常量表达式，不能用作非类型模板形参的实参。

　　5、全局变量的地址或引用，全局对象的地址或引用const类型变量是常量表达式，可以用作非类型模板形参的实参；

　　6、sizeof表达式的结果是一个常量表达死，也能用作非类型模板形参的实参。