C++中有哪些模板類

# C++中有哪些模板類

## 引言

模板類是C++泛型編程的核心特性之一，它允許開發者編寫與數據類型無關的代碼。通過模板類，我們可以創建可重用的數據結構或算法，適用于多種數據類型而無需重復編寫代碼。本文將詳細介紹C++中常見的模板類及其應用場景。

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## 標準模板庫（STL）中的模板類

### 1. 容器類模板

#### 序列容器
- **`std::vector<T>`**  
  動態數組，支持隨機訪問和動態擴容。
  ```cpp
  std::vector<int> vec = {1, 2, 3};

• std::list<T>
  雙向鏈表，支持高效插入/刪除。

  std::list<std::string> names = {"Alice", "Bob"};
  

• std::deque<T>
  雙端隊列，支持首尾快速操作。

  std::deque<double> values = {3.14, 2.71};
  

關聯容器

• std::set<T> / std::multiset<T>
  有序集合（允許重復值用multiset）。

  std::set<int> uniqueNumbers = {5, 3, 5}; // 存儲 {3, 5}
  

• std::map<K, V> / std::multimap<K, V>
  鍵值對映射（允許重復鍵用multimap）。

  std::map<std::string, int> scores = {{"Alice", 90}};
  

無序容器（C++11引入）

• std::unordered_set<T>
  基于哈希表的集合。
• std::unordered_map<K, V>
  哈希映射，提供平均O(1)復雜度。

2. 適配器類模板

• std::stack<T>
  后進先出（LIFO）棧，默認基于deque。

  std::stack<int> s; s.push(42);
  

• std::queue<T>
  先進先出（FIFO）隊列。

• std::priority_queue<T>
  優先隊列（默認最大堆）。

3. 智能指針模板（C++11起）

• std::unique_ptr<T>
  獨占所有權的智能指針。

  auto ptr = std::make_unique<int>(10);
  

• std::shared_ptr<T>
  共享所有權，引用計數。

• std::weak_ptr<T>
  解決shared_ptr循環引用問題。

其他重要模板類

1. 數值處理類

• std::complex<T>
  復數模板類（T為float/double等）。

  std::complex<double> z(1.0, 2.0); // 1 + 2i
  

• std::valarray<T>
  用于高性能數值計算。

2. 字符串處理

• std::basic_string<CharT>
std::string實際上是std::basic_string<char>的別名。

3. 工具類模板

• std::pair<T1, T2>
  存儲兩個異構值。

  std::pair<int, std::string> p(1, "one");
  

• std::tuple<T...>（C++11）
  擴展版pair，支持任意數量元素。

自定義模板類示例

開發者可以定義自己的模板類：

template <typename T>
class Box {
private:
    T content;
public:
    void set(const T& value) { content = value; }
    T get() const { return content; }
};

Box<std::string> stringBox;
stringBox.set("Hello Templates!");

模板類的優勢與局限

優勢

• 代碼復用：同一邏輯適用于不同數據類型。
• 類型安全：編譯時類型檢查。
• 性能：無運行時開銷（編譯時實例化）。

局限

• 編譯時間：模板實例化可能增加編譯時間。
• 錯誤信息：模板錯誤可能難以理解。

總結

C++中的模板類廣泛存在于STL和語言核心中，包括容器、智能指針、數值工具等。掌握這些模板類能顯著提升代碼的靈活性和效率。隨著C++標準的演進（如C++20的Concepts），模板編程將進一步增強類型約束和可讀性。

注：本文示例基于C++17標準，部分特性可能需要較新編譯器支持。 “`