第22课 - 类模板 - 下
1. 类模板的局部特化
类模板可以定义多个类型参数
#include <cstdlib>
#include <iostream>
using namespace std;
template<typename T1, typename T2>
class Test
{
public:
void add(T1 a, T2 b)
{
cout<<(a + b)<<endl;
}
};
int main(int argc, char *argv[])
{
Test<double, int> t;
t.add(10.0001, 8);
cout << "Press the enter key to continue ...";
cin.get();
return EXIT_SUCCESS;
}
运行结果：
18.0001
类模板可以被局部特化：
可以指定类模板的特定实现，并要求某些类型参数仍然必须的模板的用户指定。
#include <cstdlib>
#include <iostream>
using namespace std;
template<typename T1, typename T2>
class Test
{
public:
void add(T1 a, T2 b)
{
cout<<(a + b)<<endl;
}
};
/*
template<typename T>
class Test<T, T>
{
public:
void add(T a, T b)
{
cout<<"add(T a, T b)"<<endl;
cout<<static_cast<T>(a + b)<<endl;
}
};
*/
template<typename T>
class Test<T, int>
{
public:
void add(T a, int b)
{
cout<<"add(T a, int b)"<<endl;
cout<<a + b<<endl;
}
};
template<typename T1, typename T2>
class Test<T1*, T2*>
{
public:
void add(T1* a, T2* b)
{
cout<<"add(T1* a, T2* b)"<<endl;
}
};
int main(int argc, char *argv[])
{
int i = 0;
int j = 0;
Test<double, int> t; // <T, int>
Test<long, long> ti; // <T1, T2>
Test<float, int> tt; // <T, int>
Test<int*, int*> tp; // <T*, T*>
t.add(10.0001, 8);
ti.add(2, 3);
tt.add(4, 5);
tp.add(&i, &j);
cout << "Press the enter key to continue ...";
cin.get();
return EXIT_SUCCESS;
}
运行结果：
add(T a, int b)
18.0001
5
add(T a, int b)
9
add(T1* a, T2* b)
思考：为什么需要特化，而不重新定义新类？
特化和重新定义新类看上去没有本质的区别，但是如果定义新类，那么将变成一个类模板和一个新类，使用的时候需要考虑究竟是用类模板还是用新类。
而特化可以统一的方式使用类模板和特化类，编译器自动优先选择特化类。
2. 非类型模板参数
函数模板和类模板的模板参数可以是普通数值
#include <cstdlib>
#include <iostream>
using namespace std;
template<typename T, int N> //可以对动态的数组指定大小
void func()
{
T array[N] = {0};
for(int i = 0; i < N; i++)
{
array[i] = i + 1;
cout<<array[i]<<" ";
}
cout<<endl;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
func<int, 5>();
func<float, 10>();
cout << "Press the enter key to continue ...";
cin.get();
return EXIT_SUCCESS;
}
运行结果：
1 2 3 4 5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
3. 非类型模板参数与特化
#include <cstdlib>
#include <iostream>
using namespace std;
template<int N>
class Sum
{
public:
static const int VALUE = Sum<N - 1>::VALUE + N;//VALUE在符号表中，不分配空间
};
//这里用到了递归的思想 ，为了有一个递归的出口，我们需要一个特化。
template<>
class Sum<1>
{
public:
static const int VALUE = 1; //在类的内部定义常量
};
int main(int argc, char *argv[])
{
cout<<Sum<10>::VALUE<<endl;
cout<<Sum<100>::VALUE<<endl;
cout << "Press the enter key to continue ...";
cin.get();
return EXIT_SUCCESS;
}
运行结果：
55
5050
l 非类型模板参数得限制
变量不能作为模板参数。
浮点数和类对象不能作为模板参数。（现代的编译器这不是问题）
全局指针不能作为模板参数。
编译器的推导过程是在编译阶段完成的。因此，编译器的推导必须依赖于特化类，否则推导过程无法实现。
4. 工程问题
在实际工程中内存操作是bug的重要来源。C++将堆内存交由程序员自由使用，因此：未及时释放，将产生内存泄漏；重复释放同一段内存，行为未知；使用越界，操作而不属于自己的内存。
思考：怎么最大限度的避开上述的使用问题？
l 内存越界的问题常发生于数组的使用中
解决方案：数组类
工程中，在非特殊情况下，要求开发者使用预先编写的数组类对象代替C语言中的原生数组。
l 内存泄漏和内存多次释放常发生于指针的使用过程中
解决方案：智能指针
工程中，要求开发者使用虚线编写的智能指针类对象代替C语言中的原生指针。
5. 智能指针
工程中的智能指针是一个类模板：
通过构造函数接管申请的内存；
通过析构函数确保堆内存被及时释放；
通过重载指针运算符*和->模拟指针的行为；
通过重载比较运算符==和!=模拟指针的比较。
6. 智能指针的创建于使用
SmartPointer.h
#ifndef _SMARTPOINTER_H_
#define _SMARTPOINTER_H_
template<typename T>
class SmartPointer
{
protected:
T* m_pointer;
public:
SmartPointer();
SmartPointer(const T* pointer);
~SmartPointer();
T* operator->();
T& operator*();
};
#endif
SmartPointer.hpp
#ifndef _SMARTPOINTER_DEF_H_
#define _SMARTPOINTER_DEF_H_
#include "SmartPointer.h"
template<typename T>
SmartPointer<T>::SmartPointer()
{
m_pointer = NULL;
}
template<typename T>
SmartPointer<T>::SmartPointer(const T* pointer)
{
m_pointer = const_cast<T*>(pointer);
}
template<typename T>
SmartPointer<T>::~SmartPointer()
{
delete m_pointer;
}
template<typename T>
T* SmartPointer<T>::operator->()
{
return m_pointer;
}
template<typename T>
T& SmartPointer<T>::operator*()
{
return *m_pointer;
}
#endif
main.cpp
#include <cstdlib>
#include <iostream>
#include "SmartPointer.hpp"
using namespace std;
class Test
{
public:
int i;
void print()
{
cout<<i<<endl;
}
};
int main(int argc, char *argv[])
{
SmartPointer<int> pi = new int(5); /*即使没有delete函数也没关系，因为会自动调用析构函数，释放堆内存。*/
SmartPointer<Test> pt = new Test();
cout<<*pi<<endl;
*pi = 10;
cout<<*pi<<endl;
pt->i = 20;
pt->print();
cout << "Press the enter key to continue ...";
cin.get();
return EXIT_SUCCESS;
}
运行结果：
5
10
20
小结：
类模板中可以有一个或多个未指定的泛指类型。
可以在需要的特化类模板。
特化可以统一的方式使用类模板和新定义的类。
特化类总是被编译器优先选择使用。
模板的参数可以是普通数值。
数组类和智能指针可以最大限度的避免内存相关的bug。