C++中有哪些模板类

# C++中有哪些模板类

## 引言

模板类是C++泛型编程的核心特性之一，它允许开发者编写与数据类型无关的代码。通过模板类，我们可以创建可重用的数据结构或算法，适用于多种数据类型而无需重复编写代码。本文将详细介绍C++中常见的模板类及其应用场景。

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## 标准模板库（STL）中的模板类

### 1. 容器类模板

#### 序列容器
- **`std::vector<T>`**  
  动态数组，支持随机访问和动态扩容。
  ```cpp
  std::vector<int> vec = {1, 2, 3};

• std::list<T>
  双向链表，支持高效插入/删除。

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

• std::deque<T>
  双端队列，支持首尾快速操作。

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

关联容器

• std::set<T> / std::multiset<T>
  有序集合（允许重复值用multiset）。

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

• std::map<K, V> / std::multimap<K, V>
  键值对映射（允许重复键用multimap）。

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

无序容器（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)复杂度。

2. 适配器类模板

• std::stack<T>
  后进先出（LIFO）栈，默认基于deque。

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

• std::queue<T>
  先进先出（FIFO）队列。

• std::priority_queue<T>
  优先队列（默认最大堆）。

3. 智能指针模板（C++11起）

• std::unique_ptr<T>
  独占所有权的智能指针。

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

• std::shared_ptr<T>
  共享所有权，引用计数。

• std::weak_ptr<T>
  解决shared_ptr循环引用问题。

其他重要模板类

1. 数值处理类

• std::complex<T>
  复数模板类（T为float/double等）。

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

• std::valarray<T>
  用于高性能数值计算。

2. 字符串处理

• std::basic_string<CharT>
std::string实际上是std::basic_string<char>的别名。

3. 工具类模板

• std::pair<T1, T2>
  存储两个异构值。

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

• std::tuple<T...>（C++11）
  扩展版pair，支持任意数量元素。

自定义模板类示例

开发者可以定义自己的模板类：

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!");

模板类的优势与局限

优势

• 代码复用：同一逻辑适用于不同数据类型。
• 类型安全：编译时类型检查。
• 性能：无运行时开销（编译时实例化）。

局限

• 编译时间：模板实例化可能增加编译时间。
• 错误信息：模板错误可能难以理解。

总结

C++中的模板类广泛存在于STL和语言核心中，包括容器、智能指针、数值工具等。掌握这些模板类能显著提升代码的灵活性和效率。随着C++标准的演进（如C++20的Concepts），模板编程将进一步增强类型约束和可读性。

注：本文示例基于C++17标准，部分特性可能需要较新编译器支持。 “`