C++中的模板和静态变量

C++中的模板和静态变量是两种非常重要的语言特性，可以大大增强程序的灵活性、可扩展性与复用性。本文将为程序员介绍C++中的模板和静态变量，并提供一些常见的用例以及注意事项。

模板

模板是一种通用的程序设计技术，用于实现泛型编程。通过使用模板，程序员可以编写适用于多种数据类型的通用代码，从而提高代码的可重用性和可扩展性。

模板函数

C++中的模板函数是一种通用函数，可以适用于多种数据类型。与普通函数不同，模板函数的形参和返回值可以是任意的数据类型，因此具有非常高的灵活性。

下面是一个简单的模板函数示例，用于交换两个值：

template<typename T>
void swap(T& a, T& b){
    T temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

使用该函数时，可以传递任意类型的变量作为实参：

int a = 1, b = 2;
swap(a, b); // 将a和b的值交换

double x = 1.23, y = 4.56;
swap(x, y); // 将x和y的值交换

模板类

C++中的模板类是一种通用类，可以适用于多种数据类型。与普通类不同，模板类可以定义适用于任意数据类型的数据成员、成员函数等。

下面是一个简单的模板类示例，用于实现一个栈：

template<typename T>
class Stack{
private:
    T data[100];
    int top = 0;
public:
    void push(T value){
        data[top++] = value;
    }
    T pop(){
        return data[--top];
    }
    bool isEmpty(){
        return top == 0;
    }
};

使用该类时，可以指定任意数据类型作为模板参数：

Stack<int> intStack; // 用于存储int类型的栈
intStack.push(1);
intStack.push(2);
cout << intStack.pop() << endl; // 输出2
cout << intStack.pop() << endl; // 输出1

Stack<double> doubleStack; // 用于存储double类型的栈
doubleStack.push(1.23);
doubleStack.push(4.56);
cout << doubleStack.pop() << endl; // 输出4.56
cout << doubleStack.pop() << endl; // 输出1.23

静态变量

静态变量是一种存储在程序数据段中的变量，它在程序启动时被初始化，在整个程序执行过程中保持不变。与普通变量不同，静态变量的作用域可以是函数内或全局，且只在所在函数或文件中可见。

函数内的静态变量

在函数内部定义的静态变量，可以在多次调用该函数时保持值不变。这个特性有时可以用于优化程序性能，避免重复计算相同的值。

下面是一个简单的函数内静态变量示例，用于实现一个自增计数器：

int getNextId(){
    static int id = 0; // 静态变量，保持值不变
    return ++id;
}

可以多次调用该函数以获取不同的计数器值：

cout << getNextId() << endl; // 输出1
cout << getNextId() << endl; // 输出2
cout << getNextId() << endl; // 输出3

文件内的静态变量

在文件中定义的静态变量，可以被同一文件中的所有函数访问，但对其他文件不可见。这个特性有时可以用于实现信息隐藏、安全性等需求。

下面是一个简单的文件内静态变量示例，用于实现一个全局计数器：

static int gCount = 0; // 静态变量，文件内可见

void increaseCount(){
    ++gCount;
}

int getCount(){
    return gCount;
}

在同一文件中可以使用该变量和函数：

increaseCount();
cout << getCount() << endl; // 输出1

但在其他文件中无法使用该变量和函数：

// in another file
// error: 'gCount' was not declared in this scope
cout << gCount << endl;

// error: 'getCount' was not declared in this scope
cout << getCount() << endl;

注意事项

使用模板和静态变量时需要注意以下几点：

• 模板和静态变量必须定义在头文件中，以便编译器在编译时可以正确处理模板和静态变量的定义和使用。
• 模板和静态变量的定义和使用都需要使用正确的模板参数和作用域，否则会导致编译错误。
• 静态变量的生命周期相对较长，需要注意内存占用和释放问题。
• 静态变量的值不可修改，需要特别注意程序的逻辑正确性。