Шаблоны и специализация

Введение

Шаблоны в C++ предоставляют мощный механизм для написания универсального кода, который может работать с различными типами данных. Специализация шаблонов позволяет адаптировать шаблонный код для конкретных типов, предоставляя специализированные реализации.

Шаблоны

Функции-шаблоны

Функции-шаблоны позволяют писать универсальные функции, которые могут принимать аргументы любого типа.

Пример функции-шаблона

#include <iostream>

template <typename T>
T add(T a, T b) {
    return a + b;
}

int main() {
    std::cout << "Int: " << add(1, 2) << std::endl;
    std::cout << "Double: " << add(1.5, 2.5) << std::endl;

    return 0;
}

Вывод

Int: 3
Double: 4

В этом примере функция add является шаблоном, который может работать как с целыми числами, так и с числами с плавающей запятой.

Классы-шаблоны

Классы-шаблоны позволяют создавать классы, которые могут работать с различными типами данных.

Пример класса-шаблона

#include <iostream>

template <typename T>
class Pair {
private:
    T first, second;

public:
    Pair(T a, T b) : first(a), second(b) {}

    T getFirst() const { return first; }
    T getSecond() const { return second; }
};

int main() {
    Pair<int> intPair(1, 2);
    Pair<double> doublePair(1.5, 2.5);

    std::cout << "Int Pair: (" << intPair.getFirst() << ", " << intPair.getSecond() << ")" << std::endl;
    std::cout << "Double Pair: (" << doublePair.getFirst() << ", " << doublePair.getSecond() << ")" << std::endl;

    return 0;
}

Вывод

Int Pair: (1, 2)
Double Pair: (1.5, 2.5)

В этом примере класс Pair является шаблоном, который может хранить пары значений различных типов.

Специализация шаблонов

Полная специализация

Полная специализация позволяет определить реализацию шаблона для конкретного типа.

Пример полной специализации

#include <iostream>

template <typename T>
class MyClass {
public:
    void print() {
        std::cout << "Generic template" << std::endl;
    }
};

template <>
class MyClass<int> {
public:
    void print() {
        std::cout << "Specialized template for int" << std::endl;
    }
};

int main() {
    MyClass<double> obj1;
    MyClass<int> obj2;

    obj1.print();
    obj2.print();

    return 0;
}

Вывод

Generic template
Specialized template for int

В этом примере MyClass имеет общую реализацию и специализированную реализацию для типа int.

Частичная специализация

Частичная специализация позволяет определить реализацию шаблона для частично конкретизированных типов.

Пример частичной специализации

#include <iostream>

template <typename T1, typename T2>
class MyClass {
public:
    void print() {
        std::cout << "Generic template" << std::endl;
    }
};

template <typename T>
class MyClass<T, int> {
public:
    void print() {
        std::cout << "Partially specialized template for second type int" << std::endl;
    }
};

int main() {
    MyClass<double, double> obj1;
    MyClass<double, int> obj2;

    obj1.print();
    obj2.print();

    return 0;
}

Вывод

Generic template
Partially specialized template for second type int

В этом примере MyClass имеет общую реализацию и частично специализированную реализацию, когда второй параметр является int.

Резюме

Шаблоны позволяют создавать универсальные функции и классы, работающие с различными типами данных.
Функции-шаблоны позволяют писать функции, принимающие аргументы любого типа.
Классы-шаблоны позволяют создавать классы, которые могут работать с различными типами данных.
Полная специализация позволяет определить реализацию шаблона для конкретного типа.
Частичная специализация позволяет определить реализацию шаблона для частично конкретизированных типов.