一、什么是类模板
在C++中,类模板是一种通用的类定义,可以将类型参数化,使得该类可以适用于多种数据类型。类模板中的成员函数和成员变量是没有具体实现的,只有在使用时才被实例化。使用类模板的主要优点是可以减少代码冗余,提高代码复用性,降低维护成本。
templateclass Stack { private: T* _data; int _top; int _size; public: Stack(int size = 100) : _data(new T[size]), _top(-1), _size(size) {} ~Stack() { delete[] _data; } void push(T val); T pop(); bool isEmpty() const { return _top == -1; } bool isFull() const { return _top == _size - 1; } }; template void Stack ::push(T val) { if (isFull()) { throw std::overflow_error("Stack is full."); } _data[++_top] = val; } template T Stack ::pop() { if (isEmpty()) { throw std::underflow_error("Stack is empty."); } return _data[_top--]; }
二、类模板的使用
使用类模板需要指定具体的类型,可以采用显式实例化或隐式实例化两种方式。
显式实例化是在代码中指定类型参数,编译器会将模板代码实例化成具体类型的代码,生成可执行文件。
void testStack() { StackintStack; intStack.push(1); intStack.push(2); intStack.push(3); cout << intStack.pop() << endl; cout << intStack.pop() << endl; cout << intStack.pop() << endl; } void testStack2() { Stack strStack; strStack.push("hello"); strStack.push("world"); cout << strStack.pop() << endl; cout << strStack.pop() << endl; } int main() { testStack(); testStack2(); return 0; }
隐式实例化是在代码中不指定类型参数,编译器会根据函数参数推导出类型,自动实例化成具体类型的代码。
templatevoid printSize(Stack s) { // 隐式实例化 cout << "stack size = " << sizeof(s) << endl; } int main() { Stack s; printSize(s); return 0; }
三、通用数据结构的实现——栈
使用类模板可以轻松定义通用数据结构,例如栈、队列、链表等。
栈(Stack)是一种后进先出(LIFO)的数据结构,支持插入、弹出操作。栈可以使用数组或链表实现。下面是一个使用类模板实现的栈:
templateclass Stack { private: T* _data; int _top; int _size; public: Stack(int size = 100) : _data(new T[size]), _top(-1), _size(size) {} ~Stack() { delete[] _data; } void push(T val); T pop(); bool isEmpty() const { return _top == -1; } bool isFull() const { return _top == _size - 1; } }; template void Stack ::push(T val) { if (isFull()) { throw std::overflow_error("Stack is full."); } _data[++_top] = val; } template T Stack ::pop() { if (isEmpty()) { throw std::underflow_error("Stack is empty."); } return _data[_top--]; } int main() { Stack s; // 创建一个整型栈 s.push(1); s.push(2); s.push(3); while (!s.isEmpty()) { cout << s.pop() << endl; } return 0; }
四、总结
类模板是C++中定义通用数据结构的重要手段,能够实现类型参数化,代码复用性高。使用类模板定义的数据结构可以适用于不同的数据类型,且代码简洁,易于维护。
在实际编程中,使用类模板可以大大提高代码复用性和编程效率,是C++程序员必须掌握的技能之一。