C++ 模板

模板是泛型编程的基础，涉及编写独立于任何特定类型的代码。

模板是一种创建通用类或函数的蓝图或公式。像迭代器和算法这样的库容器就是泛型编程的例子，并且是使用模板概念开发的。

每个容器如向量都只有一个定义，但是我们可以定义多种不同类型的向量，例如 vector<int> 或者 vector<string>。

你可以使用模板来定义函数以及类，让我们看看它们是如何工作的：

函数模板

函数模板定义的一般形式如下：

template <class Type> 返回类型 函数名(参数列表) {
   // 函数体
}

这里，Type 是函数中使用的数据类型的占位名称。这个名称可以在函数定义中使用。

以下是一个函数模板的示例，它返回两个值中的最大值：

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

template <typename T>
inline T const& Max (T const& a, T const& b) { 
   return a < b ? b:a; 
}

int main () {
   int i = 39;
   int j = 20;
   cout << "Max(i, j): " << Max(i, j) << endl; 

   double f1 = 13.5; 
   double f2 = 20.7; 
   cout << "Max(f1, f2): " << Max(f1, f2) << endl; 

   string s1 = "Hello"; 
   string s2 = "World"; 
   cout << "Max(s1, s2): " << Max(s1, s2) << endl; 

   return 0;
}

如果我们编译并运行上述代码，这将产生以下结果：

Max(i, j): 39
Max(f1, f2): 20.7
Max(s1, s2): World

类模板

正如我们可以定义函数模板一样，我们也可以定义类模板。通用类声明的一般形式如下：

template <class Type> class 类名 {
   .
   .
   .
}

这里，Type 是占位类型名称，在类实例化时将被指定。你可以通过使用逗号分隔的列表定义多个泛型数据类型。

以下是一个定义类 Stack<> 并实现通用方法来从栈中压入和弹出元素的示例：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <cstdlib>
#include <string>
#include <stdexcept>

using namespace std;

template <class T>
class Stack { 
   private: 
      vector<T> elems;    // 元素 

   public: 
      void push(T const&);  // 压入元素 
      void pop();               // 弹出元素 
      T top() const;            // 返回顶部元素 
      
      bool empty() const {      // 如果为空则返回真。
         return elems.empty(); 
      } 
}; 

template <class T>
void Stack<T>::push (T const& elem) { 
   // 添加传递元素的副本 
   elems.push_back(elem);    
} 

template <class T>
void Stack<T>::pop () { 
   if (elems.empty()) { 
      throw out_of_range("Stack<>::pop(): empty stack"); 
   }
   
   // 移除最后一个元素 
   elems.pop_back();         
} 

template <class T>
T Stack<T>::top () const { 
   if (elems.empty()) { 
      throw out_of_range("Stack<>::top(): empty stack"); 
   }
   
   // 返回最后一个元素的副本 
   return elems.back();      
} 

int main() { 
   try {
      Stack<int>         intStack;  // 整数栈 
      Stack<string> stringStack;    // 字符串栈 

      // 操作整数栈 
      intStack.push(7); 
      cout << intStack.top() <<endl; 

      // 操作字符串栈 
      stringStack.push("hello"); 
      cout << stringStack.top() << std::endl; 
      stringStack.pop(); 
      stringStack.pop(); 
   } catch (exception const& ex) { 
      cerr << "Exception: " << ex.what() <<endl; 
      return -1;
   } 
}

如果我们编译并运行上述代码，这将产生以下结果：

7
hello
Exception: Stack<>::pop(): empty stack