Template

1. Introduzione

I template in C++ sono uno strumento fondamentale per scrivere codice generico, riutilizzabile e flessibile.
Permettono di definire funzioni e classi che operano su tipi diversi, senza dover riscrivere lo stesso codice per ogni tipo di dato.

Perché usare i template?

• Eliminano la ridondanza: un’unica funzione può operare su più tipi (es. int, double, string).
• Aumentano la sicurezza del tipo: controlli avvengono in fase di compilazione.
• Migliorano la riusabilità: lo stesso codice funziona per tipi diversi.
• Performance ottimizzate: il compilatore genera codice specifico per ogni tipo, senza costi di runtime.

Come funziona la compilazione dei template

Durante la compilazione:

1. Il compilatore non genera immediatamente il codice per un template.
2. Quando il template viene usato con un tipo concreto, il compilatore istanzia una versione specifica.
3. Ogni istanziazione è una copia indipendente del codice adattata al tipo scelto.

Esempio:

somma(3, 4);       // genera somma<int>(int, int)
somma(2.5, 1.5);   // genera somma<double>(double, double)

2. Template di Funzione

Un function template permette di scrivere funzioni che lavorano con tipi diversi.

Esempio base

#include <iostream>
using namespace std;

template <typename T>
T somma(T a, T b) {
return a + b;
}

int main() {
cout << somma(3, 7) << endl; // int
cout << somma(2.5, 3.5) << endl; // double
return 0;
}

• template <typename T> definisce un parametro di tipo generico.
• Il compilatore genera automaticamente le versioni int, double, ecc.

3. Template di Classe

Un class template consente di creare strutture dati generiche.

#include <iostream>
using namespace std;

template <typename T>
class Scatola {
private:
    T contenuto;
public:
    Scatola(T c) : contenuto(c) {}
    T get() { return contenuto; }
};

int main() {
    Scatola<int> s1(42);
    Scatola<string> s2("Ciao Template");
    cout << s1.get() << endl;
    cout << s2.get() << endl;

    /*
    Output:
        42
        Ciao Template
    */
}

Vantaggi dei class template:

1. Consentono la creazione di contenitori generici (vector, map, set).
2. Permettono riuso e coerenza del codice.
3. Offrono type safety: il tipo è verificato dal compilatore.

4. Template con più parametri

Puoi definire più parametri di tipo:

#include <iostream>
using namespace std;

template <typename T, typename U>
void stampa(T a, U b) {
    cout << a << " e " << b << endl;
}

int main() {
    stampa(10, 3.14);
    stampa("C++", 2025);

    /*
    Output:
        10 e 3.14
        C++ e 2025
    */
}

5. Parametri di default nei Template

È possibile definire tipi di default per i parametri template:

template <typename T = int>
class Valore {
    T dato;
public:
    Valore(T d) : dato(d) {}
    void mostra() { std::cout << dato << std::endl; }
};

int main() {
    Valore<> v1(5);      // Usa int di default
    Valore<double> v2(3.14);
    v1.mostra();
    v2.mostra();
}

6. Specializzazione dei Template

La specializzazione permette di personalizzare il comportamento per un tipo specifico.

#include <iostream>
using namespace std;

template <typename T>
void mostra(T x) {
    cout << "Generico: " << x << endl;
}

// Specializzazione per string
template <>
void mostra<string>(string x) {
    cout << "Stringa: " << x << endl;
}

int main() {
    mostra(10);
    mostra(string("Ciao"));

    /*
    Output:
        Generico: 10
        Stringa: Ciao
    */
}

7. Template e Funzioni Membro

Una classe template può avere metodi template:

#include <iostream>
using namespace std;

template <typename T>
class Wrapper {
public:
    T valore;
    Wrapper(T v) : valore(v) {}

    template <typename U>
    void combina(U altro) {
        cout << valore + altro << endl;
    }
};

int main() {
    Wrapper<int> w(10);
    w.combina(5);      // 15
    w.combina(2.5);    // 12.5
}

8. Template Avanzati

Con C++17 e C++20, i template sono diventati ancora più potenti.

8.1 Template Template Parameters

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

template <template <typename, typename> class Container, typename T>
class Gestore {
    Container<T, allocator<T>> dati;
public:
    void aggiungi(T val) { dati.push_back(val); }
    void mostra() {
        for (auto& el : dati) cout << el << " ";
        cout << endl;
    }
};

int main() {
    Gestore<vector, int> g;
    g.aggiungi(1);
    g.aggiungi(2);
    g.mostra();
}

8.2 Concepts (C++20)

I concepts permettono di specificare vincoli sui tipi nei template:

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

template <std::integral T>
T quadrato(T x) {
    return x * x;
}

int main() {
    cout << quadrato(5) << endl;     // OK
    // cout << quadrato(3.14);       // Errore: non è integrale
}

9. Esempio pratico: Stack generico

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

template <typename T>
class Stack {
    vector<T> elementi;
public:
    void push(T val) { elementi.push_back(val); }
    void pop() { if(!elementi.empty()) elementi.pop_back(); }
    T top() { return elementi.back(); }
    bool vuoto() { return elementi.empty(); }
};

int main() {
    Stack<int> s;
    s.push(10);
    s.push(20);
    cout << s.top() << endl; // 20
    s.pop();
    cout << s.top() << endl; // 10
}

10. Esercizi

10.1 Esercizio - Funzione Generica maxGenerico

Crea una funzione template maxGenerico che:

1. prenda due parametri di tipo generico T,
2. restituisca il valore maggiore tra i due,
3. funzioni correttamente con tipi numerici e stringhe.

Esempio d’uso:

cout << maxGenerico(10, 25) << endl;        // 25
cout << maxGenerico(3.5, 2.1) << endl;      // 3.5
cout << maxGenerico(string("Ciao"), string("Mondo")) << endl; // Mondo

10.2 Esercizio - Classe Template Coppia

Crea una classe template Coppia<T1, T2> che rappresenti una coppia di valori (di tipi potenzialmente diversi).

La classe deve:

1. avere due attributi privati primo e secondo,
2. un costruttore per inizializzarli,
3. un metodo mostra() che stampi i due valori,
4. un metodo scambia() che inverta i valori (solo se T1 e T2 sono uguali).

Esempio d’uso:

Coppia<int, string> c1(5, "elementi");
c1.mostra();        // (5, elementi)

Coppia<int, int> c2(10, 20);
c2.scambia();
c2.mostra();        // (20, 10)

10.3 Esercizio - Stack Generico

Crea una classe template Stack<T> che funzioni come una pila (LIFO).

La classe deve fornire:

1. un metodo push(T) per aggiungere un elemento,
2. un metodo pop() per rimuovere l’ultimo elemento,
3. un metodo top() per ottenere l’ultimo elemento inserito,
4. un metodo vuoto() che restituisce true se lo stack è vuoto.

Esempio d’uso:

Stack<int> s;
s.push(10);
s.push(20);
cout << s.top() << endl;  // 20
s.pop();
cout << s.top() << endl;  // 10

11. Quiz a risposta multipla

Mettiti alla prova

0/5 risposte

1. 1) Cosa permette di fare un template in C++?

   AScrivere codice solo per un tipo specificoBScrivere codice generico per tipi diversiCOttimizzare automaticamente la memoriaDCreare solo funzioni matematiche

2. 2) Qual è la sintassi corretta per dichiarare un template di funzione?

   Atemplate (typename T)Btemplate <typename T>Cfunction <T>()Dclass template<T>

3. 3) Cosa fa la specializzazione di un template?

   ARimuove un tipo dal templateBPermette un comportamento personalizzato per un tipo specificoCCrea automaticamente una classe derivataDCompila più velocemente

4. 4) Cosa restituisce find() in una std::map o std::set?

   AUn iteratore all'elemento trovato o end() se non trovatoBUn booleano true/falseCUn indice numericoDUn valore di default

5. 5) Qual è lo scopo dei 'concepts' in C++20?

   ARendere i template più restrittivi e leggibiliBAccelerare l'esecuzione dei programmiCGestire la memoria dinamicaDCreare nuovi tipi di dato

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