C++ 模板 · Programiz 中文系列教程

# C++ 模板 > 原文： [https://www.programiz.com/cpp-programming/templates](https://www.programiz.com/cpp-programming/templates) #### 在本文中，您将学习 C++ 中的模板。您将学习如何使用模板的功能进行通用编程。模板是 C++ 的强大功能，可让您编写通用程序。简而言之，您可以使用模板创建单个函数或类以使用不同的数据类型。模板通常在较大的代码库中使用，以实现代码的可重用性和程序的灵活性。模板的概念可以两种不同的方式使用： * 函数模板 * 类模板 * * * ## 函数模板函数模板的工作方式与普通[函数](/cpp-programming/function "C++ functions")类似，但有一个按键差异。单个函数模板可以一次处理不同的数据类型，但是单个普通函数只能处理一组数据类型。通常，如果需要对两种或更多种类型的数据执行相同的操作，则可以使用函数重载来创建具有所需函数声明的两个函数。但是，更好的方法是使用函数模板，因为您可以执行较少的代码并维护代码来执行相同的任务。 * * * ### 如何声明函数模板？函数模板以关键字`template`开头，后跟`< >`内的模板参数，然后是函数声明。 ```cpp template <class T> T someFunction(T arg) { ... .. ... } ``` 在上面的代码中，`T`是接受不同数据类型（`int`，`float`）的模板参数，而`class`是关键字。您也可以使用关键字`typename`代替上面示例中的类。将数据类型的参数传递给`someFunction( )`时，编译器将为给定数据类型生成`someFunction()`的新版本。 * * * ### 示例 1：查找最大数量的函数模板 **使用函数模板显示两个数字中最大的一个的程序。** ```cpp // If two characters are passed to function template, character with larger ASCII value is displayed. #include <iostream> using namespace std; // template function template <class T> T Large(T n1, T n2) { return (n1 > n2) ? n1 : n2; } int main() { int i1, i2; float f1, f2; char c1, c2; cout << "Enter two integers:\n"; cin >> i1 >> i2; cout << Large(i1, i2) <<" is larger." << endl; cout << "\nEnter two floating-point numbers:\n"; cin >> f1 >> f2; cout << Large(f1, f2) <<" is larger." << endl; cout << "\nEnter two characters:\n"; cin >> c1 >> c2; cout << Large(c1, c2) << " has larger ASCII value."; return 0; } ``` **输出** ```cpp Enter two integers: 5 10 10 is larger. Enter two floating-point numbers: 12.4 10.2 12.4 is larger. Enter two characters: z Z z has larger ASCII value. ``` 在上述程序中，定义了一个函数模板`Large()`，该模板接受数据类型为`T`的两个参数`n1`和`n2`。`T`表示参数可以是任何数据类型。 `Large()`函数使用简单的[条件操作](/cpp-programming/if-else "C++ if else")返回两个参数中的最大值。在`main()`函数内部，声明了三种不同数据类型的变量：`int`，`float`和`char`。然后将变量作为常规函数传递到`Large()`函数模板。在运行时，将整数传递给模板函数时，编译器知道必须生成一个`Large()`函数来接受`int`参数，并且这样做。同样，当传递浮点数据和`char`数据时，它知道自变量数据类型并相应地生成`Large()`函数。这样，仅使用一个函数模板即可替换三个相同的常规函数，并使您的代码可维护。 * * * ### 示例 2：使用函数模板交换数据 **使用函数模板交换数据的程序。** ```cpp #include <iostream> using namespace std; template <typename T> void Swap(T &n1, T &n2) { T temp; temp = n1; n1 = n2; n2 = temp; } int main() { int i1 = 1, i2 = 2; float f1 = 1.1, f2 = 2.2; char c1 = 'a', c2 = 'b'; cout << "Before passing data to function template.\n"; cout << "i1 = " << i1 << "\ni2 = " << i2; cout << "\nf1 = " << f1 << "\nf2 = " << f2; cout << "\nc1 = " << c1 << "\nc2 = " << c2; Swap(i1, i2); Swap(f1, f2); Swap(c1, c2); cout << "\n\nAfter passing data to function template.\n"; cout << "i1 = " << i1 << "\ni2 = " << i2; cout << "\nf1 = " << f1 << "\nf2 = " << f2; cout << "\nc1 = " << c1 << "\nc2 = " << c2; return 0; } ``` **输出** ```cpp Before passing data to function template. i1 = 1 i2 = 2 f1 = 1.1 f2 = 2.2 c1 = a c2 = b After passing data to function template. i1 = 2 i2 = 1 f1 = 2.2 f2 = 1.1 c1 = b c2 = a ``` 在该程序中，不是通过传递值来调用函数，而是通过引用执行了[调用](/cpp-programming/pointers-function "C++ call by reference")。 `Swap()`函数模板接受两个参数，并通过引用交换它们。 * * * ## 类模板与函数模板一样，您也可以为通用类操作创建类模板。有时，您需要一个适用于所有类的类实现，只是所使用的数据类型不同。通常，您需要为每种数据类型创建一个不同的类，或者在一个类中创建不同的成员变量和函数。这将不必要地浪费您的代码库，并且将难以维护，因为更改是应该对所有类/函数执行一个类/函数。但是，类模板使对所有数据类型重用相同的代码变得容易。 * * * ### 如何声明一个类模板？ ```cpp template <class T> class className { ... .. ... public: T var; T someOperation(T arg); ... .. ... }; ``` 在上面的声明中，`T`是模板参数，它是所使用数据类型的占位符。在类体内，成员变量`var`和成员函数`someOperation()`均为`T`类型。 * * * ### 如何创建类模板对象？要创建类模板对象，需要在创建时在`< >`中定义数据类型。 ```cpp className<dataType> classObject; ``` 例如： ```cpp className<int> classObject; className<float> classObject; className<string> classObject; ``` * * * ### 示例 3：使用类模板的简单计算器程序使用类模板对两个数字进行加，减，乘和除运算 ```cpp #include <iostream> using namespace std; template <class T> class Calculator { private: T num1, num2; public: Calculator(T n1, T n2) { num1 = n1; num2 = n2; } void displayResult() { cout << "Numbers are: " << num1 << " and " << num2 << "." << endl; cout << "Addition is: " << add() << endl; cout << "Subtraction is: " << subtract() << endl; cout << "Product is: " << multiply() << endl; cout << "Division is: " << divide() << endl; } T add() { return num1 + num2; } T subtract() { return num1 - num2; } T multiply() { return num1 * num2; } T divide() { return num1 / num2; } }; int main() { Calculator<int> intCalc(2, 1); Calculator<float> floatCalc(2.4, 1.2); cout << "Int results:" << endl; intCalc.displayResult(); cout << endl << "Float results:" << endl; floatCalc.displayResult(); return 0; } ``` **输出** ```cpp Int results: Numbers are: 2 and 1. Addition is: 3 Subtraction is: 1 Product is: 2 Division is: 2 Float results: Numbers are: 2.4 and 1.2. Addition is: 3.6 Subtraction is: 1.2 Product is: 2.88 Division is: 2 ``` 在上面的程序中，声明了一个类模板`Calculator`。该类包含两个`T`类型的私有成员：`num1` & `num2`，以及用于初始化成员的构造器。它还包含公共成员函数，用于计算数字的加法，减法，乘法和除法，这些数返回用户定义的数据类型的值。同样，函数`displayResult()`将最终输出显示到屏幕上。在`main()`函数中，为数据类型分别创建了两个不同的`Calculator`对象`intCalc`和`floatCalc`：`int`和`float`。使用构造器初始化值。请注意，在创建对象时我们使用`<int>`和`<float>`。这些告诉编译器用于类创建的数据类型。这将分别为`int`和`float`创建一个类定义，然后相应地使用它们。然后，调用两个对象的`displayResult()`，它们执行计算器操作并显示输出。