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C++: C++ テンプレート

最終更新：2026-08-31

これまで、特定の型の関数やクラスを書きました。

でも「int、double、string で使える max 関数」を書くには？

テンプレートで解決 —— 関数とクラスを型に依存しない。

1. テンプレートとは？

(1) 1.1 テンプレートの概念

概念 プログラムでの意味
汎用的な型（型をパラメータ化） テンプレート
型を埋めて具体的な関数・クラス（テンプレートのインスタンス化） テンプレートのインスタンス化

テンプレートの目的： コンパイラが呼び出し元の型に応じて、具体的な関数・クラスを生成。

(2) 1.2 なぜテンプレートが必要？

テンプレートを使わない場合（関数オーバーロード）：

TEXT 📖 参照専用 
#include <iostream>

// int版のmax
int max(int a, int b) {
    return a > b ? a : b;
}

// double版のmax
double max(double a, double b) {
    return a > b ? a : b;
}
// ... N個の型に対してN個の関数を書く！

テンプレートを使う場合（1つのコード）：

CPP 
#include <iostream>

// テンプレート
template <typename T>
T max(T a, T b) {
    return a > b ? a : b;
}

int main() {
    std::cout << max(3, 5) << std::endl; // int版
    std::cout << max(3.14, 2.72) << std::endl; // double版
    return 0;
}

2. 関数テンプレート

(1) 2.1 基本的な構文

TEXT 📖 参照専用 
template <typename 型パラメータ>
戻り値型 関数名(パラメータ) {
    // ...
}
💡 ヒント： typename は class と書くこともできます（同じ意味）、でも typename を推奨（より明確）。

▶ サンプル 1：関数テンプレート（難易度 ⭐）

CPP 
#include <iostream>

// テンプレート
template <typename T>
T max(T a, T b) {
    return a > b ? a : b;
}

int main() {
    std::cout << "max(3, 5) = " << max(3, 5) << std::endl;
    std::cout << "max(3.14, 2.72) = " << max(3.14, 2.72) << std::endl;
    
    // 明示的な型指定
    std::cout << "max<int>(3, 5) = " << max<int>(3, 5) << std::endl;
    
    return 0;
}
▶ 試してみよう

出力：

TEXT 📖 参照専用 
max(3, 5) = 5
max(3.14, 2.72) = 3.14
max<int>(3, 5) = 5

3. クラステンプレート

(1) 3.1 基本的な構文

TEXT 📖 参照専用 
template <typename 型パラメータ>
class クラス名 {
    // ...
};

▶ サンプル 2：クラステンプレート Pair（難易度 ⭐⭐）

CPP 
#include <iostream>
#include <string>

// テンプレート
template <typename T1, typename T2>
class Pair {
private:
    T1 first;
    T2 second;
    
public:
    Pair(const T1& a, const T2& b) : first(a), second(b) {}
    
    void print() {
        std::cout << "(" << first << ", " << second << ")" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Pair<int, double> p1(3, 3.14);
    Pair<std::string, int> p2("Alice", 20);
    
    p1.print(); // (3, 3.14)
    p2.print(); // (Alice, 20)
    
    return 0;
}
▶ 試してみよう
💡 ヒント： クラステンプレートを使うには型を明示（コンストラクタで型推論はC++17以降）。

4. テンプレートの宣言と定義

(1) 4.1 問題：テンプレートを分割すると？

テンプレートの宣言を .h、定義を .cpp に書くと、リンカエラー！

原因： テンプレートはコンパイル時に具体的な型のコードを生成する「青写真」。

(2) 4.2 解決策：宣言と定義を同じファイルに

推奨： テンプレートの宣言と定義を .h ファイルに書く。

TEXT 📖 参照専用 
// pair.h（ヘッダファイル）
#ifndef PAIR_H
#define PAIR_H

template <typename T1, typename T2>
class Pair {
private:
    T1 first;
    T2 second;
    
public:
    Pair(const T1& a, const T2& b);
    void print();
};

// 定義も同じファイルに！
template <typename T1, typename T2>
Pair<T1, T2>::Pair(const T1& a, const T2& b) : first(a), second(b) {}

template <typename T1, typename T2>
void Pair<T1, T2>::print() {
    std::cout << "(" << first << ", " << second << ")" << std::endl;
}

#endif
💡 違い： テンプレートと通常の関数・クラスの違い —— テンプレートは宣言と定義を同じファイルに。

5. 実践例：配列テンプレート

▶ サンプル 3：Array クラステンプレートの実装（難易度 ⭐⭐⭐）

CPP 
#include <iostream>
#include <cassert>

template <typename T>
class Array {
private:
    T* data;
    int size;
    
public:
    Array(int sz) : size(sz) {
        data = new T[size];
    }
    
    ~Array() {
        delete[] data;
    }
    
    // コピーコンストラクタ（ディープコピー）
    Array(const Array& other) : size(other.size) {
        data = new T[size];
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            data[i] = other.data[i];
        }
    }
    
    // 添字演算子
    T& operator[](int index) {
        assert(index >= 0 && index < size);
        return data[index];
    }
    
    int getSize() const {
        return size;
    }
};

int main() {
    Array<int> arr(5);
    for (int i = 0; i < arr.getSize(); i++) {
        arr[i] = (i + 1) * 10;
    }
    
    for (int i = 0; i < arr.getSize(); i++) {
        std::cout << arr[i] << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    
    return 0;
}
▶ 試してみよう

❓ よくある質問

Q: テンプレートと関数オーバーロードの違いは？ A:

  • 関数オーバーロード：複数の関数を定義、型ごとに異なる実装（コンパイル時に呼び出す関数を決定）
  • 関数テンプレート：「青写真」を1つ書く、コンパイラが呼び出し元の型に応じて具体的な関数を生成

使い分け：型によって大きく実装が異なる場合、オーバーロードを使う；実装が同じ場合、テンプレートを使う。

Q: テンプレートに型制約はある？ A: あります！テンプレートの型パラメータは、その型で使う操作をサポートする必要がある。

CPP 
template<typename T>
T add(T a, T b) {
    return a + b; // Tはoperator+をサポートする必要がある
}

// Tが自作クラスの場合、そのクラスでoperator+をオーバーロードしないとコンパイルエラー。

Q: いつテンプレートを使う？ A: 型に依存しない関数・クラスを実装する場合。

例：

  • コンテナクラス（std::vector、std::array）
  • アルゴリズム（std::sort、std::find）
  • ユーティリティ関数（std::max、std::min、std::swap）

📖 まとめ

📝 練習問題

  1. 初級（難易度 ⭐）： 関数テンプレート T min(T a, T b) を書いてください。小さい方の値を返す。

  2. 中級（難易度 ⭐⭐）： クラステンプレート Box<T> を書いてください。T 型のメンバーを持ち、void set(T val) と T get() メンバー関数を持つ。

  3. 上級（難易度 ⭐⭐⭐）： 上の Array クラステンプレートを拡張：

    • void push_back(const T& val)（動的拡張）
    • void pop_back()
    • テンプレートで実装、異なる型でテスト

6. 🚀 次のステップ

テンプレートを理解したら、次は STLコンテナ（レッスン34） —— C++標準ライブラリのコンテナを使い、効率的なデータ管理を実現しよう！

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