模板优化让程序更灵活更通用

傷城~ 2024-02-05 13:57 69阅读 0赞

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*  类模板
 *  类模板和模板类
 *  非类型模板参数

## 类模板 ##

C++中的类模板（Class Template）允许创建一个通用的类，其中的数据成员或成员函数的类型可以作为参数进行指定。这样可以在编写代码时不必为每种类型都编写一个单独的类，提高了代码的复用性和灵活性。

类模板的定义使用关键字template，其基本语法如下：

template <typename T>
    class ClassName {
        
        // 类定义
    };

在上述语法中，template 表示定义了一个模板，typename T是模板参数，可以根据需要进行更改，比如使用class T或者typename U等。

下面是一个简单的示例，演示了一个通用的栈类模板的定义和使用：

#include <iostream>
    #include <vector>
    
    template <typename T>
    class Stack {
        
    private:
        std::vector<T> elements;
    
    public:
        void push(const T& element) {
        
            elements.push_back(element);
        }
    
        void pop() {
        
            if (!elements.empty()) {
        
                elements.pop_back();
            }
        }
    
        const T& top() const {
        
            if (!elements.empty()) {
        
                return elements.back();
            } else {
        
                throw std::out_of_range("Stack<>::top(): empty stack");
            }
        }
    
        bool empty() const {
        
            return elements.empty();
        }
    };
    
    int main() {
        
        Stack<int> intStack;
        intStack.push(1);
        intStack.push(2);
        intStack.push(3);
    
        while (!intStack.empty()) {
        
            std::cout << intStack.top() << " ";
            intStack.pop();
        }
    
        return 0;
    }

在上述示例中，Stack是一个类模板，通过template 指定了一个模板参数T，并在类中使用了这个模板参数。在main函数中，我们首先实例化了一个Stack类模板的对象intStack，并以整数类型作为模板参数进行了使用。

类模板是一种强大的工具，可以使得程序员编写出更加通用和灵活的代码，同时避免了重复编写相似功能的类。

## 类模板和模板类 ##

其实是同一个概念的两种不同叫法，它们都指代使用模板定义的类。这个术语的不同叫法可能会引起一些混淆，但本质上它们指的是同一种概念。

当我们说“类模板”时，通常是指定义了一个可以接受类型参数的类模板，它可以用于生成特定类型的类，比如Stack或者Stack。

而当我们说“模板类”时，通常是指已经通过具体类型实例化的模板，例如Stack或者Stack。这里的“模板类”指的是使用模板生成的具体类。

因此，在实际应用中，这两个术语可以互换使用，都指代通过模板定义的类。在C++中，类模板/模板类是一种非常有用的工具，它使得编写通用、灵活的类变得更加容易，并且提高了代码的复用性。

## 非类型模板参数 ##

非类型模板参数（Non-type Template Parameters）是C++中的一种特殊的模板参数，它允许在使用模板时传递非类型的值作为参数。通过使用非类型模板参数，我们可以在编译时就确定某些值，从而在生成代码时进行优化。

理解非类型模板参数可以从以下几个方面入手：

非类型：非类型模板参数是一种非类型的值，可以是整数、指针、引用、枚举等。与之相对的是类型模板参数，它表示一个类型而不是具体的值。

编译时确定：非类型模板参数的值必须在编译时确定，而不能是运行时动态计算的结果。因此，非类型模板参数必须是常量表达式，可以在模板参数列表中直接提供。

代码优化：非类型模板参数的值在编译时已知，这使得编译器可以在生成代码时进行优化。例如，可以使用非类型模板参数确定数组的大小，在编译时就分配正确的内存空间。

灵活性和通用性：非类型模板参数提供了更大的灵活性和通用性，使得模板可以适用于更多的场景。通过将非类型的值作为参数传递给模板，我们可以根据实际需求来定制生成的代码。

通常情况下，模板参数是类型参数，例如template 中的T就是一个类型参数。但是非类型模板参数允许我们使用非类型的值作为参数，比如整数、枚举、指针等。

非类型模板参数可以在编译时确定，因此它们的值必须是常量表达式，并且可以在模板参数列表中直接提供。

下面是一个简单的示例，演示了如何使用非类型模板参数：

#include <iostream>
    
    template <int N>
    class Array {
        
    private:
        int elements[N];
    
    public:
        int getSize() {
        
            return N;
        }
    
        void printElements() {
        
            for (int i = 0; i < N; i++) {
        
                std::cout << elements[i] << " ";
            }
            std::cout << std::endl;
        }
    };
    
    int main() {
        
        Array<5> arr;
    
        for (int i = 0; i < arr.getSize(); i++) {
        
            arr.printElements();
        }
    
        return 0;
    }

在上述示例中，Array是一个类模板，它具有一个非类型模板参数N，表示数组的大小。在main函数中，我们实例化了一个Array类模板的对象arr，通过传递整数值5作为非类型模板参数，定义了一个大小为5的数组。

总结来说，非类型模板参数允许我们在使用模板时传递常量值，从而在编译时确定某些值，并在生成代码时进行优化。这为我们提供了更大的灵活性和通用性，使得模板可以适用于各种场景。