Использование шаблонов в языке C++

Наш класс IntArray служит хорошей альтернативой встроенному массиву целых чисел. Но в жизни могут потребоваться массивы для самых разных типов данных. Можно предположить, что единственным отличием массива элементов типа double от нашего является тип данных в объявлениях, весь остальной код совпадает буквально.
Для решения данной проблемы в С++ введен механизм шаблонов. В объявлениях классов и функций допускается использование параметризованных типов. Типы-параметры заменяются в процессе компиляции настоящими типами, встроенными или определенными пользователем. Мы можем создать шаблон класса Array, заменив в классе IntArray тип элементов int на обобщенный тип-параметр. Позже мы конкретизируем типы-параметры, подставляя вместо них реальные типы int, double и string. В результате появится способ использовать эти конкретизации так, как будто мы на самом деле определили три разных класса для этих трех типов данных.
Вот как может выглядеть шаблон класса Array:

Ключевое слово template говорит о том, что задается шаблон, параметры которого заключаются в угловые скобки (<>). В нашем случае имеется лишь один параметр elemType; ключевое слово class перед его именем сообщает, что этот параметр представляет собой тип.
При конкретизации класса-шаблона Array параметр elemType заменяется на реальный тип при каждом использовании, как показано в примере:

Здесь определены три экземпляра класса Array:

Что делает компилятор, встретив такое объявление? Подставляет текст шаблона Array, заменяя параметр elemType на тот тип, который указан в каждом конкретном случае. Следовательно, объявления членов приобретают в первом случае такой вид:

Заметим, что это в точности соответствует определению массива IntArray.
Для оставшихся двух случаев мы получим следующий код:

Что происходит с функциями-членами? В них тоже тип-параметр elemType заменяется на реальный тип, однако компилятор не конкретизирует те функции, которые не вызываются в каком-либо месте программы.
При выполнении программа этого примера выдаст следующий результат:

Механизм шаблонов можно использовать и в наследуемых классах. Вот как выглядит определение шаблона класса ArrayRC:

Подстановка реальных параметров вместо типа-параметра elemType происходит как в базовом, так и в производном классах.

Определение ведет себя точно так же, как определение IntArrayRC из предыдущего раздела. Изменим пример использования из предыдущего раздела.

Прежде всего, чтобы оператор // функцию swap() тоже следует сделать шаблоном был допустимым, нам потребуется представить функцию swap() в виде шаблона.

При каждом вызове swap() генерируется подходящая конкретизация, которая зависит от типа массива. Вот как выглядит программа, использующая шаблоны Array и ArrayRC: