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C++ 09: Function Templates & Class Templates

Willkommen in der Welt der generischen Programmierung in Modern C++20! In diesem Modul lernst du, wie du mithilfe von Templates hocheffizienten, typsicheren und wiederverwendbaren Code schreibst – ohne jeglichen Runtime-Overhead (Zero-Cost Abstraction).

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🎯 Lernziele

1. Function Templates: Eigene Funktions-Templates mit template<typename T> definieren und anwenden.
2. Class Templates: Generische Datenstrukturen wie Vektoren und Container programmieren.
3. Non-Type Template Parameters (NTTP): Compile-Zeit Konstanten wie Puffergrößen direkt in Template-Definitionen einbinden.
4. Template-Spezialisierung: Gezielte Sonderbehandlungen für ausgewählte Datentypen (z.B. std::string oder bool) formulieren.
5. Generische Algorithmen: Higher-Order-Funktionen schreiben, die beliebige Transformationsfunktionen (Funktoren, Lambdas) auf Vektoren anwenden.

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💡 Schlüsselkonzepte

1. Function Templates

Anstatt separate Funktionen für int, double und float zu überladen, generiert der Compiler bei Bedarf die passende Spezialisierung:

template <typename T>
T clamp_value(T val, T min_val, T max_val) {
    if (val < min_val) return min_val;
    if (val > max_val) return max_val;
    return val;
}

2. Class Templates & NTTP

template <typename T, std::size_t Capacity>
class FixedRingBuffer {
private:
    T buffer_[Capacity];
    std::size_t head_{0};
    std::size_t tail_{0};
    std::size_t count_{0};
public:
    bool push(const T& item);
    T pop();
    [[nodiscard]] std::size_t size() const;
    [[nodiscard]] bool is_full() const;
};

3. Template-Spezialisierung

template <typename T>
struct Serializer {
    static std::string serialize(const T& val) {
        return "generic: " + std::to_string(val);
    }
};

template <>
struct Serializer<std::string> {
    static std::string serialize(const std::string& val) {
        return "string: " + val;
    }
};

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🚀 Aufgaben in aufgabe.cpp

• TODO 1: clamp_value<T> implementieren
• TODO 2: Vector3D<T> mit arithmetischen Operatoren & dot_product()
• TODO 3: FixedRingBuffer<T, Capacity> Ringpuffer mit NTTP
• TODO 4: Serializer<T> Primärtemplate + Spezialisierungen für std::string und bool
• TODO 5: apply_transform(const std::vector<T>&, Func) Higher-Order Template