C++模板編程：提高代碼復用性和靈活性的利器

C++模板編程是一種強大的工具，可以大大提高代碼的復用性和靈活性，減少代碼冗餘和錯誤。C++模板是一種通用編程技術，它允許編寫可以自動化生成代碼的通用程序。本文從多個方面對C++模板編程做詳細闡述。

一、模板基礎概念

C++模板是一種通用編程技術，它允許編寫可以自動化生成代碼的通用程序。C++模板可以定義並實現通用演算法和數據結構，以及支持泛型編程。

C++模板定義使用「template」關鍵字，它可以定義函數模板和類模板。函數模板是一種通用函數，支持傳遞不同類型的參數。類模板是一種通用類，支持傳遞不同類型的模板參數。

函數模板示例：

template <typename T>
T max(T a, T b) {
    return a > b ? a : b;
}

類模板示例：

template <typename T>
class Array {
public:
    Array(int size) : size_(size) {
        data_ = new T[size_];
        memset(data_, 0, size_ * sizeof(T));
    }
    ~Array() {
        delete [] data_;
        data_ = NULL;
    }
    T& operator[](int index) {
        assert(index >= 0 && index < size_);
        return data_[index];
    }
private:
    int size_;
    T* data_;
};

二、模板特化和偏特化

C++模板允許特化和偏特化，以支持特定類型的邏輯或者參數。類或函數模板中，特化是指為某些特定類型提供一個單獨的實現。偏特化是指為某些特定參數提供一個單獨的實現。

類模板特化示例：

template <typename T>
class Array {
public:
    Array(int size) : size_(size) {
        data_ = new T[size_];
        memset(data_, 0, size_ * sizeof(T));
    }
    ~Array() {
        delete [] data_;
        data_ = NULL;
    }
    T& operator[](int index) {
        assert(index >= 0 && index < size_);
        return data_[index];
    }
private:
    int size_;
    T* data_;
};

// 特化
template 
class Array<bool> {
public:
    Array(int size) : size_(size), bits_(new unsigned char[(size_ + 7) / 8]) {
        memset(bits_, 0, (size_ + 7) / 8);
    }
    ~Array() {
        delete [] bits_;
        bits_ = NULL;
    }
    bool operator[](int index) const {
        assert(index >= 0 && index = 0 && index < size_);
        if (value) {
            bits_[index / 8] |= (1 << (index % 8));
        } else {
            bits_[index / 8] &= ~(1 << (index % 8));
        }
    }
private:
    int size_;
    unsigned char* bits_;
};

函數模板偏特化示例：

// 一般性實現
template <typename T> 
void print(T t) { 
    std::cout << t << std::endl; 
} 

// 偏特化，處理指針類型
template <typename T>
void print(T* t) { 
    std::cout << *t << std::endl; 
}

int main() {
    int a = 1;
    print(a); // 調用一般性實現
    int* p = &a;
    print(p); // 調用偏特化實現
    return 0;
}

三、模板元編程

C++模板元編程是一種使用模板技術生成代碼的編程技術。C++模板元編程使用編譯時計算來提高程序的性能和效率，可以在程序編譯時完成一些計算，減少運行時的時間和空間消耗。

模板元編程示例：

template <int N>
struct Factorial {
    static const int value = N * Factorial<N - 1>::value;
};

template <>
struct Factorial<0> {
    static const int value = 1;
};

int main() {
    const int fact = Factorial<10>::value; // 計算10的階乘
    std::cout << fact << std::endl;
    return 0;
}

四、總結

C++模板編程是一種強大的工具，可以大大提高代碼的復用性和靈活性，減少代碼冗餘和錯誤。C++模板支持函數模板和類模板，並支持特化和偏特化，以及模板元編程。開發者可以使用模板技術來編寫通用的數據結構和演算法，提高代碼的效率和可維護性。