C++类模板解析 | 易学教程

1.3 类模板

1.3.1 类模板语法

类模板作用：

建立一个通用类，类中的成员数据类型可以不具体制定，用一个虚拟的类型来代表。

语法：

template<typename T>
类

解释：

template --- 声明创建模板

typename --- 表面其后面的符号是一种数据类型，可以用class代替

T --- 通用的数据类型，名称可以替换，通常为大写字母

示例：

#include <string>
//类模板
template<class NameType, class AgeType> 
class Person
{
public:
    Person(NameType name, AgeType age)
    {
        this->mName = name;
        this->mAge = age;
    }
    void showPerson()
    {
        cout << "name: " << this->mName << " age: " << this->mAge << endl;
    }
public:
    NameType mName;
    AgeType mAge;
};

void test01()
{
    // 指定NameType 为string类型，AgeType 为 int类型
    Person<string, int>P1("孙悟空", 999);
    P1.showPerson();
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：类模板和函数模板语法相似，在声明模板template后面加类，此类称为类模板

1.3.2 类模板与函数模板区别

类模板与函数模板区别主要有两点：

类模板没有自动类型推导的使用方式
类模板在模板参数列表中可以有默认参数

示例：

#include <string>
//类模板
template<class NameType, class AgeType = int> 
class Person
{
public:
    Person(NameType name, AgeType age)
    {
        this->mName = name;
        this->mAge = age;
    }
    void showPerson()
    {
        cout << "name: " << this->mName << " age: " << this->mAge << endl;
    }
public:
    NameType mName;
    AgeType mAge;
};

//1、类模板没有自动类型推导的使用方式
void test01()
{
    // Person p("孙悟空", 1000); // 错误 类模板使用时候，不可以用自动类型推导
    Person <string ,int>p("孙悟空", 1000); //必须使用显示指定类型的方式，使用类模板
    p.showPerson();
}

//2、类模板在模板参数列表中可以有默认参数
void test02()
{
    Person <string> p("猪八戒", 999); //类模板中的模板参数列表 可以指定默认参数
    p.showPerson();
}

int main() {

    test01();

    test02();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：

类模板使用只能用显示指定类型方式
类模板中的模板参数列表可以有默认参数

1.3.3 类模板中成员函数创建时机

类模板中成员函数和普通类中成员函数创建时机是有区别的：

普通类中的成员函数一开始就可以创建
类模板中的成员函数在调用时才创建

示例：

class Person1
{
public:
    void showPerson1()
    {
        cout << "Person1 show" << endl;
    }
};

class Person2
{
public:
    void showPerson2()
    {
        cout << "Person2 show" << endl;
    }
};

template<class T>
class MyClass
{
public:
    T obj;

    //类模板中的成员函数，并不是一开始就创建的，而是在模板调用时再生成

    void fun1() { obj.showPerson1(); }
    void fun2() { obj.showPerson2(); }

};

void test01()
{
    MyClass<Person1> m;
    
    m.fun1();

    //m.fun2();//编译会出错，说明函数调用才会去创建成员函数
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：类模板中的成员函数并不是一开始就创建的，在调用时才去创建

1.3.4 类模板对象做函数参数

学习目标：

类模板实例化出的对象，向函数传参的方式

一共有三种传入方式：

指定传入的类型 --- 直接显示对象的数据类型
参数模板化 --- 将对象中的参数变为模板进行传递
整个类模板化 --- 将这个对象类型模板化进行传递

示例：

#include <string>
//类模板
template<class NameType, class AgeType = int> 
class Person
{
public:
    Person(NameType name, AgeType age)
    {
        this->mName = name;
        this->mAge = age;
    }
    void showPerson()
    {
        cout << "name: " << this->mName << " age: " << this->mAge << endl;
    }
public:
    NameType mName;
    AgeType mAge;
};

//1、指定传入的类型
void printPerson1(Person<string, int> &p) 
{
    p.showPerson();
}
void test01()
{
    Person <string, int >p("孙悟空", 100);
    printPerson1(p);
}

//2、参数模板化
template <class T1, class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2>&p)
{
    p.showPerson();
    cout << "T1的类型为： " << typeid(T1).name() << endl;
    cout << "T2的类型为： " << typeid(T2).name() << endl;
}
void test02()
{
    Person <string, int >p("猪八戒", 90);
    printPerson2(p);
}

//3、整个类模板化
template<class T>
void printPerson3(T & p)
{
    cout << "T的类型为： " << typeid(T).name() << endl;
    p.showPerson();

}
void test03()
{
    Person <string, int >p("唐僧", 30);
    printPerson3(p);
}

int main() {

    test01();
    test02();
    test03();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：

通过类模板创建的对象，可以有三种方式向函数中进行传参
使用比较广泛是第一种：指定传入的类型

1.3.5 类模板与继承

当类模板碰到继承时，需要注意一下几点：

当子类继承的父类是一个类模板时，子类在声明的时候，要指定出父类中T的类型
如果不指定，编译器无法给子类分配内存
如果想灵活指定出父类中T的类型，子类也需变为类模板

示例：

template<class T>
class Base
{
    T m;
};

//class Son:public Base  //错误，c++编译需要给子类分配内存，必须知道父类中T的类型才可以向下继承
class Son :public Base<int> //必须指定一个类型
{
};
void test01()
{
    Son c;
}

//类模板继承类模板 ,可以用T2指定父类中的T类型
template<class T1, class T2>
class Son2 :public Base<T2>
{
public:
    Son2()
    {
        cout << typeid(T1).name() << endl;
        cout << typeid(T2).name() << endl;
    }
};

void test02()
{
    Son2<int, char> child1;
}


int main() {

    test01();

    test02();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：如果父类是类模板，子类需要指定出父类中T的数据类型

1.3.6 类模板成员函数类外实现

学习目标：能够掌握类模板中的成员函数类外实现

示例：

#include <string>

//类模板中成员函数类外实现
template<class T1, class T2>
class Person {
public:
    //成员函数类内声明
    Person(T1 name, T2 age);
    void showPerson();

public:
    T1 m_Name;
    T2 m_Age;
};

//构造函数 类外实现
template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age) {
    this->m_Name = name;
    this->m_Age = age;
}

//成员函数 类外实现
template<class T1, class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson() {
    cout << "姓名: " << this->m_Name << " 年龄:" << this->m_Age << endl;
}

void test01()
{
    Person<string, int> p("Tom", 20);
    p.showPerson();
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：类模板中成员函数类外实现时，需要加上模板参数列表

1.3.7 类模板分文件编写

学习目标：

掌握类模板成员函数分文件编写产生的问题以及解决方式

问题：

类模板中成员函数创建时机是在调用阶段，导致分文件编写时链接不到

解决：

解决方式1：直接包含.cpp源文件
解决方式2：将声明和实现写到同一个文件中，并更改后缀名为.hpp，hpp是约定的名称，并不是强制

示例：

person.hpp中代码：

#pragma once
#include <iostream>
using namespace std;
#include <string>

template<class T1, class T2>
class Person {
public:
    Person(T1 name, T2 age);
    void showPerson();
public:
    T1 m_Name;
    T2 m_Age;
};

//构造函数 类外实现
template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age) {
    this->m_Name = name;
    this->m_Age = age;
}

//成员函数 类外实现
template<class T1, class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson() {
    cout << "姓名: " << this->m_Name << " 年龄:" << this->m_Age << endl;
}

类模板分文件编写.cpp中代码

#include<iostream>
using namespace std;

//#include "person.h"
#include "person.cpp" //解决方式1，包含cpp源文件

//解决方式2，将声明和实现写到一起，文件后缀名改为.hpp
#include "person.hpp"
void test01()
{
    Person<string, int> p("Tom", 10);
    p.showPerson();
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：主流的解决方式是第二种，将类模板成员函数写到一起，并将后缀名改为.hpp

1.3.8 类模板与友元

学习目标：

掌握类模板配合友元函数的类内和类外实现

全局函数类内实现 - 直接在类内声明友元即可

全局函数类外实现 - 需要提前让编译器知道全局函数的存在

示例：

#include <string>

//2、全局函数配合友元  类外实现 - 先做函数模板声明，下方在做函数模板定义，在做友元
template<class T1, class T2> class Person;

//如果声明了函数模板，可以将实现写到后面，否则需要将实现体写到类的前面让编译器提前看到
//template<class T1, class T2> void printPerson2(Person<T1, T2> & p); 

template<class T1, class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2> & p)
{
    cout << "类外实现 ---- 姓名： " << p.m_Name << " 年龄：" << p.m_Age << endl;
}

template<class T1, class T2>
class Person
{
    //1、全局函数配合友元   类内实现
    friend void printPerson(Person<T1, T2> & p)
    {
        cout << "姓名： " << p.m_Name << " 年龄：" << p.m_Age << endl;
    }


    //全局函数配合友元  类外实现
    friend void printPerson2<>(Person<T1, T2> & p);

public:

    Person(T1 name, T2 age)
    {
        this->m_Name = name;
        this->m_Age = age;
    }


private:
    T1 m_Name;
    T2 m_Age;

};

//1、全局函数在类内实现
void test01()
{
    Person <string, int >p("Tom", 20);
    printPerson(p);
}


//2、全局函数在类外实现
void test02()
{
    Person <string, int >p("Jerry", 30);
    printPerson2(p);
}

int main() {

    //test01();

    test02();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：建议全局函数做类内实现，用法简单，而且编译器可以直接识别

1.3.9 类模板案例

案例描述: 实现一个通用的数组类，要求如下：

可以对内置数据类型以及自定义数据类型的数据进行存储
将数组中的数据存储到堆区
构造函数中可以传入数组的容量
提供对应的拷贝构造函数以及operator=防止浅拷贝问题
提供尾插法和尾删法对数组中的数据进行增加和删除
可以通过下标的方式访问数组中的元素
可以获取数组中当前元素个数和数组的容量

示例：

myArray.hpp中代码

#pragma once
#include <iostream>
using namespace std;

template<class T>
class MyArray
{
public:
    
    //构造函数
    MyArray(int capacity)
    {
        this->m_Capacity = capacity;
        this->m_Size = 0;
        pAddress = new T[this->m_Capacity];
    }

    //拷贝构造
    MyArray(const MyArray & arr)
    {
        this->m_Capacity = arr.m_Capacity;
        this->m_Size = arr.m_Size;
        this->pAddress = new T[this->m_Capacity];
        for (int i = 0; i < this->m_Size; i++)
        {
            //如果T为对象，而且还包含指针，必须需要重载 = 操作符，因为这个等号不是 构造 而是赋值，
            // 普通类型可以直接= 但是指针类型需要深拷贝
            this->pAddress[i] = arr.pAddress[i];
        }
    }

    //重载= 操作符  防止浅拷贝问题
    MyArray& operator=(const MyArray& myarray) {

        if (this->pAddress != NULL) {
            delete[] this->pAddress;
            this->m_Capacity = 0;
            this->m_Size = 0;
        }

        this->m_Capacity = myarray.m_Capacity;
        this->m_Size = myarray.m_Size;
        this->pAddress = new T[this->m_Capacity];
        for (int i = 0; i < this->m_Size; i++) {
            this->pAddress[i] = myarray[i];
        }
        return *this;
    }

    //重载[] 操作符  arr[0]
    T& operator [](int index)
    {
        return this->pAddress[index]; //不考虑越界，用户自己去处理
    }

    //尾插法
    void Push_back(const T & val)
    {
        if (this->m_Capacity == this->m_Size)
        {
            return;
        }
        this->pAddress[this->m_Size] = val;
        this->m_Size++;
    }

    //尾删法
    void Pop_back()
    {
        if (this->m_Size == 0)
        {
            return;
        }
        this->m_Size--;
    }

    //获取数组容量
    int getCapacity()
    {
        return this->m_Capacity;
    }

    //获取数组大小
    int getSize()
    {
        return this->m_Size;
    }


    //析构
    ~MyArray()
    {
        if (this->pAddress != NULL)
        {
            delete[] this->pAddress;
            this->pAddress = NULL;
            this->m_Capacity = 0;
            this->m_Size = 0;
        }
    }

private:
    T * pAddress;  //指向一个堆空间，这个空间存储真正的数据
    int m_Capacity; //容量
    int m_Size;   // 大小
};

类模板案例—数组类封装.cpp中

#include "myArray.hpp"
#include <string>

void printIntArray(MyArray<int>& arr) {
    for (int i = 0; i < arr.getSize(); i++) {
        cout << arr[i] << " ";
    }
    cout << endl;
}

//测试内置数据类型
void test01()
{
    MyArray<int> array1(10);
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        array1.Push_back(i);
    }
    cout << "array1打印输出：" << endl;
    printIntArray(array1);
    cout << "array1的大小：" << array1.getSize() << endl;
    cout << "array1的容量：" << array1.getCapacity() << endl;

    cout << "--------------------------" << endl;

    MyArray<int> array2(array1);
    array2.Pop_back();
    cout << "array2打印输出：" << endl;
    printIntArray(array2);
    cout << "array2的大小：" << array2.getSize() << endl;
    cout << "array2的容量：" << array2.getCapacity() << endl;
}

//测试自定义数据类型
class Person {
public:
    Person() {} 
        Person(string name, int age) {
        this->m_Name = name;
        this->m_Age = age;
    }
public:
    string m_Name;
    int m_Age;
};

void printPersonArray(MyArray<Person>& personArr)
{
    for (int i = 0; i < personArr.getSize(); i++) {
        cout << "姓名：" << personArr[i].m_Name << " 年龄： " << personArr[i].m_Age << endl;
    }

}

void test02()
{
    //创建数组
    MyArray<Person> pArray(10);
    Person p1("孙悟空", 30);
    Person p2("韩信", 20);
    Person p3("妲己", 18);
    Person p4("王昭君", 15);
    Person p5("赵云", 24);

    //插入数据
    pArray.Push_back(p1);
    pArray.Push_back(p2);
    pArray.Push_back(p3);
    pArray.Push_back(p4);
    pArray.Push_back(p5);

    printPersonArray(pArray);

    cout << "pArray的大小：" << pArray.getSize() << endl;
    cout << "pArray的容量：" << pArray.getCapacity() << endl;

}

int main() {

    //test01();

    test02();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：

能够利用所学知识点实现通用的数组

来源：https://www.cnblogs.com/wfplingyun/p/12468525.html

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