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C++ 结构体模板（Struct Templates）完全指南
admin SU @ 2025-5-28 20:01:38

C++ 结构体模板（Struct Templates）完全指南

一、为什么需要结构体模板？

假设我们需要设计一个存储"键值对"的结构体：

对于int和string：struct Pair { int key; string value; }
对于string和double：struct Pair { string key; double value; }
对于char和bool：struct Pair { char key; bool value; }

问题：每个不同类型组合都要定义新的结构体，代码冗余。
解决方案：使用结构体模板，让结构体支持任意类型。

二、结构体模板的基本语法

// 模板定义
template <typename 类型参数>
struct 结构体名 {
    // 成员变量（使用类型参数）
    // 成员函数（可使用类型参数）
};

// 示例：通用键值对结构体
template <typename K, typename V>
struct Pair {
    K key;    // 键的类型由K决定
    V value;  // 值的类型由V决定
    
    // 构造函数
    Pair(K k, V v) : key(k), value(v) {}
    
    // 成员函数
    void print() {
        cout << "Key: " << key << ", Value: " << value << endl;
    }
};

三、结构体模板的使用示例

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

// 定义通用键值对结构体模板
template <typename K, typename V>
struct Pair {
    K key;
    V value;
    
    Pair(K k, V v) : key(k), value(v) {}
    
    void print() {
        cout << "Key: " << key << ", Value: " << value << endl;
    }
};

int main() {
    // 创建int-string类型的Pair
    Pair<int, string> p1(1, "apple");
    p1.print(); // 输出：Key: 1, Value: apple
    
    // 创建string-double类型的Pair
    Pair<string, double> p2("pi", 3.14);
    p2.print(); // 输出：Key: pi, Value: 3.14
    
    // 显式指定类型
    Pair<char, bool>* p3 = new Pair<char, bool>('A', true);
    p3->print(); // 输出：Key: A, Value: 1
    delete p3;
    
    return 0;
}

四、结构体模板的特性

多类型参数：可定义多个类型参数（如template <typename K, typename V>）。
默认类型参数（C++11支持）：

template <typename K, typename V = int>
struct DefaultPair {
    K key;
    V value;
};

// 使用默认类型参数
DefaultPair<string> p("age", 20); // V默认为int

成员函数模板：结构体内部的函数也可定义为模板：

template <typename T>
struct Container {
    T data;
    
    template <typename U>
    U convert() { // 将data转换为U类型
        return static_cast<U>(data);
    }
};

五、结构体模板与类模板的区别

结构体模板和类模板的唯一区别在于默认访问权限：

结构体模板：默认成员为public
类模板：默认成员为private

// 结构体模板（默认public）
template <typename T>
struct Point {
    T x, y;
};

// 类模板（默认private）
template <typename T>
class Circle {
    T radius;
};

六、结构体模板的实例化过程

创建对象时指定类型：Pair<int, string> p;
编译器生成具体结构体：

struct Pair<int, string> {
    int key;
    string value;
    // 构造函数和成员函数的具体实现
};

使用生成的结构体：p.key = 1; p.value = "apple";

七、实战案例：实现通用链表节点

#include <iostream>
using namespace std;

// 链表节点结构体模板
template <typename T>
struct Node {
    T data;
    Node* next;
    
    Node(T value) : data(value), next(nullptr) {}
};

// 链表操作函数模板
template <typename T>
void printList(Node<T>* head) {
    Node<T>* current = head;
    while (current != nullptr) {
        cout << current->data << " -> ";
        current = current->next;
    }
    cout << "nullptr" << endl;
}

int main() {
    // 创建int类型链表
    Node<int>* head = new Node<int>(10);
    head->next = new Node<int>(20);
    head->next->next = new Node<int>(30);
    
    printList(head); // 输出：10 -> 20 -> 30 -> nullptr
    
    // 创建char类型链表
    Node<char>* charHead = new Node<char>('a');
    charHead->next = new Node<char>('b');
    
    printList(charHead); // 输出：a -> b -> nullptr
    
    return 0;
}

八、结构体模板的特化

当模板无法处理特定类型时，可进行特化：

// 通用模板
template <typename T>
struct Logger {
    void log(T value) {
        cout << "General: " << value << endl;
    }
};

// 特化：处理bool类型
template <>
struct Logger<bool> {
    void log(bool value) {
        cout << "Boolean: " << (value ? "true" : "false") << endl;
    }
};

// 使用
Logger<int> intLogger;
intLogger.log(42); // 输出：General: 42

Logger<bool> boolLogger;
boolLogger.log(true); // 输出：Boolean: true

九、练习题

设计结构体模板Point<T>，表示二维平面上的点，包含坐标x和y，并实现计算两点距离的函数。
实现结构体模板Stack<T>，包含入栈、出栈、获取栈顶元素的功能。
创建结构体模板Result<T>，用于函数返回值，包含状态码和数据（如int状态码和T类型数据）。

十、总结

结构体模板是C++泛型编程的重要工具，它允许创建支持任意类型的结构体，提高代码复用性。通过template关键字和类型参数，编译器会在使用时自动生成对应类型的结构体实例。结构体模板广泛应用于STL（如pair、vector）和各种通用数据结构中。

掌握结构体模板后，可进一步学习类模板、模板特化、可变参数模板等高级特性，构建更复杂的泛型系统。

admin SU @ 2025-5-29 21:50:53

#include<iostream>
using namespace std;

// 结构体模板（默认public）
template <typename T>
struct Point {
	int b;
public:
	T x, y;
private:
	int a;
};
int main() {
	Point<int> t1;
	t1.b=5;
	cout<<t1.b<<endl;

	return 0;
}

admin SU @ 2025-5-29 21:45:32

#include<iostream>
using namespace std;

template <typename T>
struct Container {
	T data;
	template <typename U>
	U convert() { // 将data转换为U类型
		//return static_cast<U>(data);
		//return static_cast<int>(data);
		//return int(data);
		return U(data);
	}
};
int main() {
	int n;
	cin >> n;
	
	return 0;
}

admin SU @ 2025-5-29 21:31:39

#include<iostream>
using namespace std;
// 示例：通用键值对结构体
template <typename K, typename V>
struct Pair {
	K key;    // 键的类型由K决定
	V value;  // 值的类型由V决定
	// 构造函数
	Pair(K k, V v){
		key = k;
		value = v;
	}
	// 成员函数
	void print() {
		cout << "Key: " << key << ", Value: " << value << endl;
	}
};
int main() {
	Pair<int, string> p1={ 1, "apple"};
	p1.print(); // 输出：Key: 1, Value: apple
	Pair<int, string> p2(2, "bbbbb");
	p2.print(); // 输出：Key: 1, Value: apple
	return 0;
}

admin SU @ 2025-5-29 21:17:56

#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;
// 示例：通用键值对结构体
template <typename K, typename V>
struct Pair {
	K key;    // 键的类型由K决定
	V value;  // 值的类型由V决定
	// 成员函数
	void print() {
		cout << "Key: " << key << ", Value: " << value << endl;
	}
};
int main() {
	// 创建int-string类型的Pair
	Pair<int, string> p1 = { 1, "apple"};
	p1.print(); // 输出：Key: 1, Value: apple
	
	// 创建string-double类型的Pair
	Pair<string, double> p2 = {"pi", 3.14};
	p2.print(); // 输出：Key: pi, Value: 3.14
	
	// 显式指定类型
	//Pair<char, bool>* p3 = new Pair<char, bool>('A', true);
	//p3->print(); // 输出：Key: A, Value: 1
	//delete p3;
	return 0;
}

admin SU @ 2025-5-28 20:01:54

🧠 C++ 结构体模板（Struct Templates）

📚 通俗易懂讲解结构体模板，零基础也能轻松掌握！

💡 一、什么是结构体？

在C++中，结构体（struct） 是一种用户自定义的数据类型，可以将多个不同类型的数据组合在一起，形成一个整体。

✅ 示例：

struct Student {
    string name;
    int age;
    double score;
};

📌 作用：表示一个“学生”的信息，包括姓名、年龄和分数。

🔍 二、为什么要用结构体？

好处	解释
🧩 组织数据	把相关的变量组合成一个整体
📦 逻辑清晰	更好地表达现实世界中的对象（如人、车、商品等）
🔄 复用性强	可以创建多个结构体变量，代表不同的实例

🛠️ 三、结构体模板是什么？

在C++中，我们可以通过 模板（template） 创建通用的结构体，使其适用于多种数据类型。

这就像给结构体添加了“万能适配器”，让它可以处理 int、string、double 等各种类型。

🧪 四、结构体模板的基本语法

template <typename T1, typename T2>
struct 结构体名 {
    T1 成员1;
    T2 成员2;
    // 可以有更多成员
};

T1, T2 是类型占位符，在使用时会被具体类型替换。

可以根据需要定义任意数量的类型参数。

📌 五、结构体模板示例详解

✅ 示例1：定义一个通用的“键值对”结构体

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

// 定义结构体模板
template <typename KeyType, typename ValueType>
struct KeyValuePair {
    KeyType key;
    ValueType value;

    void print() {
        cout << "Key: " << key << ", Value: " << value << endl;
    }
};

🧪 使用方式：

int main() {
    // 实例化为 int -> string 的键值对
    KeyValuePair<int, string> pair1;
    pair1.key = 101;
    pair1.value = "张三";
    pair1.print();  // 输出：Key: 101, Value: 张三

    // 实例化为 string -> double 的键值对
    KeyValuePair<string, double> pair2;
    pair2.key = "数学成绩";
    pair2.value = 95.5;
    pair2.print();  // 输出：Key: 数学成绩, Value: 95.5

    return 0;
}

📌 说明：

同一个结构体模板，通过不同类型的参数，可以构造出不同用途的结构体。
函数 print() 是结构体内部定义的方法。

🧩 六、结构体模板与函数模板结合使用

你也可以把结构体模板和函数模板一起使用，来实现更灵活的操作。

✅ 示例：打印任意类型的结构体内容

template <typename K, typename V>
void displayPair(KeyValuePair<K, V> pair) {
    cout << "[Key]: " << pair.key << ", [Value]: " << pair.value << endl;
}

🧪 调用方式：

KeyValuePair<string, int> pair3;
pair3.key = "人数";
pair3.value = 30;
displayPair(pair3);  // 输出：[Key]: 人数, [Value]: 30

🧰 七、实战练习题（附答案）

✅ 题目1：定义一个通用的“坐标点”结构体模板，支持二维点（x, y）

template <typename T>
struct Point {
    T x;
    T y;

    void show() {
        cout << "Point(" << x << ", " << y << ")" << endl;
    }
};

int main() {
    Point<int> p1;
    p1.x = 10;
    p1.y = 20;
    p1.show();  // 输出：Point(10, 20)

    Point<double> p2;
    p2.x = 3.14;
    p2.y = 2.71;
    p2.show();  // 输出：Point(3.14, 2.71)

    return 0;
}

✅ 题目2：定义一个“图书信息”结构体模板，包含书名、作者、价格（价格支持整数或浮点数）

template <typename PriceType>
struct Book {
    string title;
    string author;
    PriceType price;

    void info() {
        cout << "书名：" << title << endl;
        cout << "作者：" << author << endl;
        cout << "价格：" << price << endl;
    }
};

int main() {
    Book<double> book1;
    book1.title = "C++从入门到放弃";
    book1.author = "小明";
    book1.price = 89.9;
    book1.info();

    return 0;
}

🧠 八、总结（结构体模板知识点一览表）

知识点	内容
结构体定义	使用 `struct` 关键字
模板关键字	`template <typename T>`
类型参数	可以是任意数量，如 `T1, T2, ...`
应用场景	表示通用的数据结构，如键值对、坐标点等
优势	支持多类型，提高代码复用性
注意事项	成员操作需兼容传入类型（如不能对字符串做加法运算）

🎯 九、鼓励语

同学们，结构体模板就像是编程中的“乐高积木”，你可以用它拼出各种复杂而优雅的数据模型！只要你理解了模板的思想，就能写出强大又灵活的程序。继续加油，你正在成为真正的C++玩家！💪

📘 下节课预告：类与对象进阶（面向对象编程OOP）
📌 想知道如何封装数据和行为？如何设计自己的类？下一讲我们将深入讲解类与对象的核心概念！