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C++ 模板

C++ 模板

模板是泛型编程的基础，泛型编程即以一种独立于任何特定类型的方式编写代码。

模板是创建泛型类或函数的蓝图或公式。库容器，比如迭代器和算法，都是泛型编程的例子，它们都使用了模板的概念。

每个容器都有一个单一的定义，比如 向量，我们可以定义许多不同类型的向量，比如 vector <int> 或 vector <string>。

您可以使用模板来定义函数和类，接下来让我们一起来看看如何使用。

函数模板

模板函数定义的一般形式如下所示：

template <typename type> ret-type func-name(parameter list)
{
   // 函数的主体
}  

在这里，type 是函数所使用的数据类型的占位符名称。这个名称可以在函数定义中使用。

下面是函数模板的实例，返回两个数中的最大值：

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

template <typename T>
inline T const& Max (T const& a, T const& b) 
{ 
    return a < b ? b:a; 
} 
int main ()
{
 
    int i = 39;
    int j = 20;
    cout << "Max(i, j): " << Max(i, j) << endl; 

    double f1 = 13.5; 
    double f2 = 20.7; 
    cout << "Max(f1, f2): " << Max(f1, f2) << endl; 

    string s1 = "Hello"; 
    string s2 = "World"; 
    cout << "Max(s1, s2): " << Max(s1, s2) << endl; 

   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Max(i, j): 39
Max(f1, f2): 20.7
Max(s1, s2): World

类模板

正如我们定义函数模板一样，我们也可以定义类模板。泛型类声明的一般形式如下所示：

template <class type> class class-name {
.
.
.
}

在这里，type 是占位符类型名称，可以在类被实例化的时候进行指定。您可以使用一个逗号分隔的列表来定义多个泛型数据类型。

下面的实例定义了类 Stack<>，并实现了泛型方法来对元素进行入栈出栈操作：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <cstdlib>
#include <string>
#include <stdexcept>

using namespace std;

template <class T>
class Stack { 
  private: 
    vector<T> elems;     // 元素 

  public: 
    void push(T const&);  // 入栈
    void pop();               // 出栈
    T top() const;            // 返回栈顶元素
    bool empty() const{       // 如果为空则返回真。
        return elems.empty(); 
    } 
}; 

template <class T>
void Stack<T>::push (T const& elem) 
{ 
    // 追加传入元素的副本
    elems.push_back(elem);    
} 

template <class T>
void Stack<T>::pop () 
{ 
    if (elems.empty()) { 
        throw out_of_range("Stack<>::pop(): empty stack"); 
    }
	// 删除最后一个元素
    elems.pop_back();         
} 

template <class T>
T Stack<T>::top () const 
{ 
    if (elems.empty()) { 
        throw out_of_range("Stack<>::top(): empty stack"); 
    }
	// 返回最后一个元素的副本 
    return elems.back();      
} 

int main() 
{ 
    try { 
        Stack<int>         intStack;  // int 类型的栈 
        Stack<string> stringStack;    // string 类型的栈 

        // 操作 int 类型的栈 
        intStack.push(7); 
        cout << intStack.top() <<endl; 

        // 操作 string 类型的栈 
        stringStack.push("hello"); 
        cout << stringStack.top() << std::endl; 
        stringStack.pop(); 
        stringStack.pop(); 
    } 
    catch (exception const& ex) { 
        cout << "Exception: " << ex.what() <<endl; 
    } 
}  

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

7
hello
Exception: Stack<>::pop(): empty stack

C++ 预处理器

C++ 预处理器

预处理器是一些指令，指示编译器在实际编译之前所需完成的预处理。

所有的预处理器指令都是以井号（#）开头，只有空格字符可以出现在预处理指令之前。预处理指令不是 C++ 语句，所以它们不会以分号（;）结尾。

我们已经看到，之前所有的实例中都有 #include 指令。这个宏用于把头文件包含到源文件中。

C++ 还支持很多预处理指令，比如 #include、#define、#if、#else、#line 等，让我们一起看看这些重要指令。

#define 预处理

#define 预处理指令用于创建符号常量。该符号常量通常称为宏，指令的一般形式是：

#define macro-name replacement-text 

当这一行代码出现在一个文件中时，在该文件中后续出现的所有宏都将会在程序编译之前被替换为 replacement-text。例如：

#include <iostream>
using namespace std;

#define PI 3.14159

int main ()
{
 
    cout << "Value of PI :" << PI << endl; 

    return 0;
}

现在，让我们测试这段代码，看看预处理的结果。假设源代码文件已经存在，接下来使用 -E 选项进行编译，并把结果重定向到 test.p。现在，如果您查看 test.p 文件，将会看到它已经包含大量的信息，而且在文件底部的值被改为如下：

$gcc -E test.cpp > test.p

...
int main ()
{
 
    cout << "Value of PI :" << 3.14159 << endl; 

    return 0;
}

函数宏

您可以使用 #define 来定义一个带有参数的宏，如下所示：

#include <iostream>
using namespace std;

#define MIN(a,b) (((a)<(b)) ? a : b)

int main ()
{
   int i, j;
   i = 100;
   j = 30;
   cout <<"The minimum is " << MIN(i, j) << endl;

    return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

The minimum is 30

条件编译

有几个指令可以用来有选择地对部分程序源代码进行编译。这个过程被称为条件编译。

条件预处理器的结构与 if 选择结构很像。请看下面这段预处理器的代码：

#ifndef NULL
   #define NULL 0
#endif

您可以只在调试时进行编译，调试开关可以使用一个宏来实现，如下所示：

#ifdef DEBUG
   cerr <<"Variable x = " << x << endl; #endif 

如果在指令 #ifdef DEBUG 之前已经定义了符号常量 DEBUG，则会对程序中的 cerr 语句进行编译。您可以使用 #if 0 语句注释掉程序的一部分，如下所示：

#if 0
   不进行编译的代码
#endif

让我们尝试下面的实例：

#include <iostream>
using namespace std;
#define DEBUG

#define MIN(a,b) (((a)<(b)) ? a : b)

int main ()
{
   int i, j;
   i = 100;
   j = 30;
#ifdef DEBUG
   cerr <<"Trace: Inside main function" << endl;
#endif

#if 0
   /* 这是注释部分 */
   cout << MKSTR(HELLO C++) << endl;
#endif

   cout <<"The minimum is " << MIN(i, j) << endl;

#ifdef DEBUG
   cerr <<"Trace: Coming out of main function" << endl;
#endif
    return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Trace: Inside main function
The minimum is 30
Trace: Coming out of main function

# 和 ## 运算符

# 和 ## 预处理运算符在 C++ 和 ANSI/ISO C 中都是可用的。# 运算符会把 replacement-text 令牌转换为用引号引起来的字符串。

请看下面的宏定义：

#include <iostream>
using namespace std;

#define MKSTR( x ) #x

int main ()
{
    cout << MKSTR(HELLO C++) << endl;

    return 0;
} 

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

HELLO C++

让我们来看看它是如何工作的。不难理解，C++ 预处理器把下面这行：

cout << MKSTR(HELLO C++) << endl; 

转换成了：

cout << "HELLO C++" << endl; 

## 运算符用于连接两个令牌。下面是一个实例：

#define CONCAT( x, y )  x ## y

当 CONCAT 出现在程序中时，它的参数会被连接起来，并用来取代宏。例如，程序中 CONCAT(HELLO, C++) 会被替换为 "HELLO C++"，如下面实例所示。

#include <iostream>
using namespace std;

#define concat(a, b) a ## b
int main()
{
   int xy = 100;
   
   cout << concat(x, y);
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

100

让我们来看看它是如何工作的。不难理解，C++ 预处理器把下面这行：

cout << concat(x, y); 

转换成了：

cout << xy; 

C++ 中的预定义宏

C++ 提供了下表所示的一些预定义宏：

宏	描述
__LINE__	这会在程序编译时包含当前行号。
__FILE__	这会在程序编译时包含当前文件名。
__DATE__	这会包含一个形式为 month/day/year 的字符串，它表示把源文件转换为目标代码的日期。
__TIME__	这会包含一个形式为 hour:minute:second 的字符串，它表示程序被编译的时间。

让我们看看上述这些宏的实例：

#include <iostream>
using namespace std;

int main ()
{
    cout << "Value of __LINE__ : " << __LINE__ << endl;
    cout << "Value of __FILE__ : " << __FILE__ << endl;
    cout << "Value of __DATE__ : " << __DATE__ << endl;
    cout << "Value of __TIME__ : " << __TIME__ << endl;

    return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Value of __LINE__ : 6
Value of __FILE__ : test.cpp
Value of __DATE__ : Feb 28 2011
Value of __TIME__ : 18:52:48