函数和类模板的优势及应用

在程序设计中，有时需要对不同类型的数据执行相似的操作。为此，我们可以使用函数模板和类模板，这样可以避免为每种数据类型都编写重复的代码。

1. 函数模板的优势

函数模板的主要目的是为了在不同的数据类型上执行相似的操作，而不需要为每种类型都重载函数。例如，假设你需要找到一个数组中的最大元素。传统的方法是为每种数据类型创建一个重载函数，但这样会使代码变得冗长。而使用模板，我们只需写一个函数模板，编译器会自动为每个类型生成相应的函数。

传统的重载方法：

double ArrayMax(double array[]) 
{
   ...
}
int ArrayMax(int array[]) 
{
   ...
}
...

使用函数模板的方法：

template<typename T>
T ArrayMax(T array[]) 
{
   if(ArraySize()==0)  
      return(0);
   uint max_index=ArrayMaximum(array);   
   return(array[max_index]);
}

在代码中使用时，编译器会根据传入的数据类型自动调用对应的函数，例如：

double nums[];
int vals[];
...
double max_num=ArrayMax(nums); 
int max_val=ArrayMax(vals);

2. 类模板的介绍

类模板是用于创建通用类的。类似于函数模板，类模板也允许在不同的数据类型上执行相似的操作。

一个简单的例子是创建一个用于存储不同类型元素的数组的类。以下是一个示例：

template <typename T>
class TArray 
{
protected:
   T m_array[];
public:
   TArray(int size){ArrayResize(m_array,size);}
   string Type(void){return(typename(m_array[0])+":"+(string)ArraySize(m_array));};
};

我们可以使用上述类模板为不同的数据类型创建数组：

TArray<double> double_array(10);
TArray<int> int_array(15);

3. 容器类的模板

容器类是用于封装其他对象的类。例如，可以创建一个不允许访问数组范围之外的元素的类，从而避免“越界”错误：

template<typename T>
class TSafeArray 
{
   ...
   T operator[](int index);  // 这个操作符确保只能访问数组内的元素
   ...
};

使用此类，当我们尝试访问数组范围之外的元素时，会收到一个错误消息。

结论

函数和类模板是C++中非常有用的功能，它们为我们提供了一种方法来编写可重用且与数据类型无关的代码。通过上述示例，我们可以看到模板如何简化代码并提高代码的可读性和可维护性。