C++模版和泛型编程_c++ 模板和泛型编程

C++模版和泛型编程

C++中模板（templates）

在C++中模板是泛型编程的基础。模板使得我们可以编写一个通用的程序或算法，而不需要知道具体使用的数据类型。您可以认为模板是C++泛型编程的核心机制。

使用模板，可以在编译时生成特定类型的代码。在使用模板时，可以根据具体的类型来实现特定的功能，从而获得更好的性能和可读性。因此，模板是实现C++泛型编程的一种方法。

泛型编程是一种更广义的概念，它不仅包括使用模板定义通用类和函数，还包括使用泛型算法、容器和迭代器等其他泛型工具。泛型编程也是C++的核心编程范式之一。

因此，C++模板和C++泛型编程是密切相关的概念。使用C++模板，您可以编写通用的代码，实现C++泛型编程的目标。

C++模板最早被引入到 C++ 标准中是在 C++98 标准（也称为C++第二版）中。此后，一些标准中都对模板进行了扩展和改进。例如，C++11 引入了可变参数模板和右值引用等新特性，C++14 则对模板的类型推导和 constexpr 函数等方面进行了改进。C++17 引入了类模板参数推导，允许在定义模板时指定模板参数的顺序等。

C++ 模板可以分为函数模板和类模板两种。C++模板介绍https://blog.csdn.net/cnds123/article/details/119178489

C++泛型（generics）

C++泛型指的是C++泛型编程，即一种编程技术，可以处理不同类型的数据。在C++中，泛型编程主要使用模板来实现，模板可以用来定义通用的类和函数，支持不同的数据类型。

学术一点说，C++泛型编程是使用C++模板来编写可重用、通用的代码，它可以实现对不同类型的数据和算法进行抽象和泛化。使用泛型编程，您可以编写更加灵活、更加通用和可重用、更加高效和可读的代码。

以下是一些使用C++泛型编程的示例：

☆容器类的实现：在C++ STL【注】中，vector、list等容器都是使用模板类实现的。这使得我们可以轻松地使用这些容器存储不同类型的数据，例如整数、浮点数、字符串等。

【注：STL（Standard Template Library，标准模板库）是C++标准库的重要组成部分，STL是基于模板的泛型编程实现的，C++开发中使用最广泛的库之一。STL的设计目标是提供一套可靠、高效、灵活的模板类和算法，以方便用户在不同的应用场景中使用。STL是一组通用的模板类和函数，提供了很多常用的数据结构和算法。STL提供的数据结构包括vector、list、deque、map、set等，提供的算法包括洗牌、排序、查找、统计、合并等等。】

☆算法的实现：C++ STL中也实现了许多通用算法，例如排序、搜索、集合操作等。这些算法都是使用模板函数实现的，可以接受任何类型的数据作为参数。

☆泛型函数的实现：与上述示例中的max函数类似，您可以编写接受任何类型的参数的通用函数。例如，您可以实现一个通用的求和函数，它可以接受一个整数数组、一个浮点数数组、一个字符串数组等。

C++泛型编程的示例，源码如下：

//使用C++泛型编程的示例
#include <iostream>
using namespace std;
 
template <typename T>
T sum(T arr[], int size) {
    T total = 0;
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        total += arr[i];
    }
    return total;
}
 
int main() {
    int arr1[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    float arr2[] = {1.1, 2.2, 3.3, 4.4, 5.5};
 
    cout << sum(arr1, 5) << endl; // 输出 15
    cout << sum(arr2, 5) << endl; // 输出 16.5    
}
 

C++类中使用泛型的例子

当我们在C++中使用泛型编程时，可以通过模板类来定义适用于不同类型的类。以下是一个简单的例子，展示了如何使用模板类来实现一个通用的栈类，源码如下：

//使用C++模板类的泛型编程的示例
#include <iostream>
using namespace std;
 
//定义 Stack 类是一个泛型类,可以保存不同类型的元素，我们可以使用模板类的方式来实现
template <typename T>
class Stack {
public:
    Stack() {
        m_top = -1;
    }
 
    void push(T value) {
        m_data[++m_top] = value;
    }
 
    T pop() {
        if (m_top >= 0) {
            return m_data[m_top--];
        } else {
            cout << "Stack empty." << endl;
            exit(1);
        }
    }
 
    bool empty() const {
        return m_top == -1;
    }
 
private:
    T m_data[100];
    int m_top;
};
 
//使用 Stack泛型类来保存不同类型的元素，然后输出之
int main() {
    Stack<int> intStack; // 定义intStack 用于保存整型和
    intStack.push(1);
    intStack.push(2);
    intStack.push(3);
 
    Stack<string> strStack;  // 定义 strStack，用于字符串类型的元素
    strStack.push("hello");
    strStack.push("world");
 
    while (!intStack.empty()) {
        cout << intStack.pop() << endl;
    }
 
    while (!strStack.empty()) {
        cout << strStack.pop() << endl;
    }
 
    return 0;
}

在这个例子中，定义了一个 Stack 泛型类，其中的 T 表示类型参数，可以在使用该类时指定具体的类型（例如 Stack<int>）。在类中的成员函数中，我们可以使用泛型类型 T，而不必考虑具体的元素类型。

由于 Stack 类是一个泛型类，因此我们可以在main()中定义了一个 intStack 和一个 strStack，分别用于保存整型和字符串类型的元素，因此我们可以在运行时动态选择需要使用的具体类型，从而实现更加通用的编程。

编译运行输出：

3
2
1
world
hello

C++模版和C++泛型编程的关系

在C++中，模板是泛型编程的基础。在C++中，模板是一种通用的代码框架，允许我们编写可以处理不同数据类型或参数类型的函数或类。模板使得我们可以编写一个通用的程序或算法，而不需要知道具体使用的数据类型。您可以认为模板是C++泛型编程的核心机制。

使用模板，可以在编译时生成特定类型的代码。在使用模板时，可以根据具体的类型来实现特定的功能，从而获得更好的性能和可读性。因此，模板是实现C++泛型编程的一种方法。

泛型编程是一种更广义的概念，它不仅包括使用模板定义通用类和函数，还包括使用泛型算法、容器和迭代器等其他泛型工具。泛型编程也是C++的核心编程范式之一。

因此，C++模板和C++泛型编程是密切相关的概念。使用C++模板，您可以编写通用的代码，实现C++泛型编程的目标。

附录

1、C++泛型和Java泛型的异同

C++泛型和Java泛型都是实现类型参数化的机制——都是为了在不确定数据类型的情况下编写通用代码，或者说为了实现代码的重用性和类型安全性而设计的，但它们之间也有一些不同点：

☆语法上的差异

C++使用模板（template）实现泛型，模板可以应用于类、函数等各种场景。而Java使用参数化类型（parameterized type）实现泛型，参数化类型只能应用于类和方法。

☆容器的实现方式

在C++中，容器的实现通常是通过模板来实现的，例如STL中的vector、list、map等。而在Java中，容器的实现则是通过泛型类和接口来实现的，例如ArrayList、LinkedList、HashMap等。

☆类型推断的支持程度

C++的类型推断能力相对较弱，需要显式指定模板参数类型。而Java的类型推断能力较强，可以根据上下文自动推断出类型参数。

对基本数据类型的支持

☆C++的模板可以支持基本数据类型和自定义类型；而Java的泛型只支持引用类型。

运行时类型擦除的不同实现

C++的模板在编译时会生成具体代码，因此不会存在类型擦除的问题。而Java的泛型在编译时会进行类型擦除，将泛型类型转换为原始类型，这可能会导致一些运行时的问题。

【注：Java泛型采用擦除机制，即编译器在编译期间会将泛型类型信息擦除，转换为原始类型。这样可以保证代码的向后兼容性和二进制兼容性，但也可能会导致一些具体类型信息丢失，引发运行时错误。例如，如果泛型类中存储了某种特殊的类型，并对该类型进行操作，则在运行时可能会出现类型转换异常。另外，在使用反射、实例化泛型类型等情况下，也有可能会因为类型擦除而导致运行时错误。

为了避免这些问题，在使用Java泛型时，需要特别注意类型擦除的影响，并且谨慎使用反射等操作，以保证程序的正确性和稳定性。同时，可以通过使用类型通配符、限定类型等方式来规避一些泛型问题。】

静态类型语言如Java、C++的generics概念在语法上有一定差异，但它们的实现思想是类似的。

在Java中，泛型是通过类型参数来实现的，例如List<String>表示一个字符串列表。这个类型参数可以用于类、接口、方法等之中。泛型类型在编译时会进行类型擦除，将泛型类型转换为原始类型，以保证向后兼容性。Java的泛型支持通配符和限定类型等特性，用于更加严格地限制泛型类型。

而在C++中，泛型是通过模板（template）来实现的，例如vector<string>表示一个字符串向量。模板可以用于函数、类、变量等之中。与Java不同，C++的泛型在编译时会进行代码生成，即为每种特定的类型生成一个对应的模板实例化版本。C++模板支持多态函数、非类型参数、嵌套类型等特性，使得模板可以更加灵活和强大。

总之，Java和C++的generics概念都是为了提高代码的复用性和安全性而引入的，虽然语法上略有差异，但它们的实现思想是相似的，都要考虑类型检查和类型转换等问题，以保证程序的正确性和稳定性。

2、动态类型语言是否有generics？

动态类型语言中是否有generics这个问题并不是非常明确。一般来说，在静态类型语言中存在泛型类型，而在动态类型语言中，虽然没有直接支持泛型的概念，但可以通过其他方式来实现类似的功能。

动态类型语言（它的变量类型在运行时才确定）并不像静态类型（在编译时就已经确定了变量类型）语言Java一样具有传统意义上的generics概念。在静态类型语言中，泛型是通过编译时的类型检查来实现的，而在动态类型语言中，则通常采用其他方式来实现类似的功能。

例如，在Python中可以使用类型注释和函数重载等技术来模拟泛型的效果。另外，Python还提供了内置的泛型容器，如list、tuple、set、dict等，这些容器可以存储任意类型的对象，并且支持动态添加或删除元素。

JavaScript也没有传统意义上的generics概念，但它的一些工具和库，如TypeScript和Flow，可以帮助开发人员实现类型检查和类型转换等功能。此外，JavaScript还提供了一些内置的泛型容器，如Array和Map，这些容器也可以存储任意类型的对象，并且支持动态添加或删除元素。

【JavaScript与TypeScript和Flow的关系

JavaScript 是一种广泛应用于客户端和服务端的脚本语言。由于其易学易用和跨平台特性，它成为了 Web 开发领域最流行的编程语言之一。几乎所有的现代浏览器都内置了 JavaScript 引擎，因此开发人员可以使用 JavaScript 来实现网页上的交互效果和各种功能。

TypeScript 是一种基于 JavaScript 的强类型编程语言，由微软开发。TypeScript 扩展了 JavaScript 的语法（TypeScript是JavaScript的超集），引入了静态类型检查、类和接口等面向对象编程的概念，使得 JavaScript 代码更加健壮和可维护。TypeScript 最终会被编译成普通的 JavaScript 代码，以便在各种环境中运行。

Flow 是一个静态类型检查器，它也是由 Facebook 开发的。Flow 的目标是提供一种轻量级的类型注解系统，帮助开发者在 JavaScript 代码中捕获潜在的类型错误，从而提高代码的质量和健壮性。与 TypeScript 类似，Flow 也需要开发者为代码中的变量添加类型注解，以便工具进行静态类型检查。

总结来说，JavaScript 是一种流行的编程语言，用于构建 Web 应用程序。TypeScript 和 Flow 则分别是基于 JavaScript 的强类型编程语言和静态类型检查器，它们的目的都是提高代码的可靠性和可维护性。TypeScript 和 Flow 都可以看作是 JavaScript 的扩展或补充，它们之间的关系主要体现在它们共同为 JavaScript 带来了静态类型检查等更先进的特性，提高代码质量和可维护性。】

总之，虽然动态类型语言没有传统意义上的generics概念，但它们提供了其他灵活的方式来实现类似的功能，同时也拥有丰富的内置泛型容器和第三方库，可以让开发人员更加轻松地处理数据结构和类型转换等问题。