C++核心:模板

示例程序如下：

#include<iostream>using namespace std;// 定义一个类模板，用于存储一个“盒子”template <typename T> // T 是类型形参class Box {private:    T content;public:    Box(T value) : content(value) {}    T getContent()const    {        return content;    }};intmain(){    Box<int> intBox(123);        // 实例化为存储 int 的盒子    Box<std::string> strBox("Hello"); // 实例化为存储 string 的盒子    cout << intBox.getContent() << endl; // 输出: 123    cout << strBox.getContent() << endl; // 输出: Hello    return 0;}

输出结果为：123，Hello

示例程序如下：

#include<iostream>using namespace std;#include<vector>#include<string>// 为“存储 T 类型元素的向量”这个模板族起一个别名template <typename T>using Vec = std::vector<T>;         // 等同于 std::vector<T>// 为“存储字符串的向量”这个具体特化起一个别名using StrVec = Vec<std::string>;    // 等同于 std::vector<std::string>intmain(){    Vec<int> intVec;     // 等同于 std::vector<int>    StrVec strVec;       // 等同于 std::vector<std::string>    strVec.push_back("Hello");    cout << strVec[0] << endl;    cout << strVec.at(0) << endl;    return 0;}

输出结果为：Hello，Hello

示例程序如下：

#include<iostream>using namespace std;// 定义一个变量模板，表示π的值template <typename T> // T 是类型形参constexpr T pi = T(3.1415926535897932385L);intmain(){    cout << pi<float> << endl;   // 以 float 类型实例化，输出: 3.14159    cout << pi<double> << endl;  // 以 double 类型实例化，输出: 3.14159    cout << pi<int> << endl;     // 以 int 类型实例化，输出: 3    return 0;}

输出结果为：

示例程序如下：

#include<iostream>using namespace std;#include<concepts>// 包含标准概念// 定义一个概念：类型 T 必须是整数类型template <typename T>concept Integral = std::is_integral_v<T>;// 约束：函数 add 只接受满足 Integral 概念的类型template <Integral T> // T 是类型形参，受 Integral 约束T add(T a, T b){    return a + b;}intmain(){    cout << add(1, 2) << endl;   // 3，OK，int 满足 Integral    // cout << add(1.5, 2.5) << endl; // 错误！double 不满足 Integral，编译期报错    return 0;}

输出结果为：3

总结：

注意：

·模板并不是万能的，不要为了写模板而写模板。

·用好模板可以解决自定义类型的通用化。

八：奇异递归模板

参考：https://zh.cppreference.com/cpp/language/crtp

运行时多态（动态多态）使用传统继承+虚函数，会引入虚表（vtable），每次调用虚函数都要通过间接寻址，影响性能。

奇异递归模板模式(Curiously Recurring Template Pattern，CRTP)是一种C++编译期多态技术（静态多态），其核心思想为：把派生类作为基类的模板参数。即CRTP就是让子类把自己作为模板参数传递给父类。

基本语法结构如下：

template <typename Derived>classBase{    // 基类定义};// 关键点：派生类将自己作为模板参数传递给基类classDerived : publicBase<Derived>{    // 派生类定义};

Derived继承自Base<Derived>，也就是说，子类 把自己“递归”地传给了父类。这就是“奇异递归”的由来。

CRTP在C++中主要有两种用途：

·静态多态（static polymorphism）。

·添加方法，同时精简代码。

所谓静态多态，是指CRTP通过派生类对基类模板实例化，也可以实现类似动态多态的效果。最鲜明的特点就是：

1：继承自模板类；

静态多态实现原理：编译时编译器会为模板生成一份实例化代码，根据对应实例调用对应函数。

静态多态与和动态的区别是：多态是动态绑定(运行时绑定)，CRTP是静态绑定(编译时绑定)。

示例程序如下：

#include<iostream>using namespace std;template<typename T>class Base {public:    voidRun()    {        static_cast<T*>(this)->Run();    }};class Derived : public Base<Derived> {public:    voidRun()    {        cout << "Derived::Run()" << endl;    }};intmain(){    Base<Derived>* ptr = new Derived();    ptr->Run();    return 0;}

输出结果为：Derived::Run()

使用派生类作为模板参数特化基类，这样做的目的是为了基类中使用派生类，从基类的角度来看，派生类其实也是基类，通过向下转换。因此，基类可以通过static_cast把其转换到派生类，从而使用派生类的成员，形式如下：

·T* derived = static_cast<T*>(this)

·T& derived = static_cast<T&>(*this)

这两种方式都是可以使用的。

注意：这里不使用dynamic_cast，因为dynamic_cast一般是为了确保在运行期向上向下转换的正确性。CRTP的设计是：派生类就是基类的模板参数，因此static_cast就可以了。