C++提高编程---模板---类模板

目录

一、类模板

1.模板

2.类模板的作用

3.语法

4.声明

二、类模板和函数模板的区别

三、类模板中成员函数的创建时机

四、类模板对象做函数参数

五、类模板与继承

六、类模板成员函数类外实现

七、类模板分文件编写

八、类模板与友元

九、类模板案例

---

一、类模板

1.模板

模板是C++支持参数化多态的工具，使用模板可以使用户为类或者函数声明一种一般模式，使得类中的某些数据成员或者成员函数的参数、返回值取得任意类型。

模板是一种对类型进行参数化的工具；

通常有两种形式：函数模板和类模板；

函数模板针对仅参数类型不同的函数；

类模板针对仅数据成员和成员函数类型不同的类。

使用模板的目的就是能够让程序员编写与类型无关的代码。比如编写了一个交换两个整型int 类型的swap函数，这个函数就只能实现int 型，对double，字符这些类型无法实现，要实现这些类型的交换就要重新编写另一个swap函数。使用模板的目的就是要让这程序的实现与类型无关，比如一个swap模板函数，即可以实现int 型，又可以实现double型的交换。模板可以应用于函数和类。

注意：模板的声明或定义只能在全局，命名空间或类范围内进行。即不能在局部范围，函数内进行，比如不能在main函数中声明或定义一个模板。

2.类模板的作用

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

3.语法

template <typename? T>

类

4.声明

template? -- 声明创建模板

typename? --? 表明其后的符号是一种数据类型，可以用clss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<iostream>

using namespace std;

// 类模板

template<class name_type,class age_type>

class person

{

public:

    person(name_type name,age_type age)

    {

        this->name=name;

        this->age=age;

    }

    void show()

    {

        cout<<"姓名："<<this->name<<"\t年龄："<<this->age<<endl;
    
    }

?

    name_type name;

    age_type age;

};

void test01()

{

    // 类型参数化

    person<string,int> p1("Ton",89);

    p1.show();

}

int main()

{

    test01();

    return 0;

}

运行结果：

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

二、类模板和函数模板的区别

区别：

1. 类模板没有自动类型推导的使用方式
2. 类模板在模板参数列表中可以有默认参数

示例：

#include<iostream>

using namespace std;

// 类模板

template<class name_type,class age_type? = int> // 可以指定某一个通用类型具体的类型

class person

{

public:

    person(name_type name,age_type age)

    {

        this->name=name;

        this->age=age;

    }

    void show()

    {

        cout<<"姓名："<<this->name<<"\t年龄："<<this->age<<endl;

    }

?

    name_type name;

    age_type age;

};

void test01()

{

    // 自动类型推导不行
    
    // person p1("TON",23);

    // 只能用指定类型

    person<string,int> p1("Ton",89);

    p1.show();

}

void test02()

{

    // 类模板在模板参数列表中可以有默认值

    person<string> p2("Jack",90);

    p2.show();

}

int main()

{

    test01();

    test02();

    return 0;

}

运行结果：

三、类模板中成员函数的创建时机

类模板中成员函数和普通类中成员函数创建时机的区别：

1. 普通类中的成员函数一开始就可以创建
2. 类模板中的成员函数是在调用的时候才创建的

示例：

#include<iostream>

using namespace std;

class person1

{

public:

    void showperson1()

    {

        cout<<"person1的调用"<<endl;

    }

};

class person2

{

public:

    void showperson2()

    {

        cout<<"person2的调用"<<endl;

    }

};

template<class T>

class my_class

{

public:

    T obj;

?

    // 类模板中的成员函数

    // ??在运行前都不会创建这两个成员函数

    void func1()

    {

        obj.showperson1();

    }

?

    void func2()

    {

        obj.showperson2();

    }

};

?

void test01()

{

    my_class<person1> m;

    m.func1();

    //m.func2();? 运行出错，说明函数调用才会去创建成员函数

    my_class<person2> m1;

    m1.func2();

}

int main()

{

    test01();

    return 0;

}

运行结果：

四、类模板对象做函数参数

类模板实例化出的对象，向函数传参的方式

三种传入方式：

1. 指定传入的类型 --- 直接显示对象的数据类型(**常用)**
2. 参数模板化???????? --- 将对象中的参数变为模板进行传递
3. 整个类模板化???? --- 将这个对象类型?? 模板化进行传递

示例：

#include<iostream>

#include<typeinfo>

using namespace std;

/*

三种传入方式：

?

1. 指定传入的类型 --- 直接显示对象的数据类型

2. 参数模板化???????? --- 将对象中的参数变为模板进行传递

3. 整个类模板化???? --- 将这个对象类型?? 模板化进行传递

*/

template<class T1,class T2>

class person

{

public:

    person(T1 name, T2 age)

    {

        this->name = name;

        this->age = age;

    }

    void show()

    {

        cout<<"姓名："<<this->name<<"\t年龄："<<this->age<<endl;

    }

    T1 name;

    T2 age;

};

?

// 1.指定传入类型

void print1(person<string ,int> &p)

{

    p.show();

}

void test01()

{

    // 1. 指定传入的类型 --- 直接显示对象的数据类型

    person<string ,int> p ("TOM",99);

    print1(p);

}

?

// 2.参数模板化

template<class T1,class T2>

void print2( person<T1,T2> &p1)

{

    p1.show();

    cout<<"看编译器推断的模板是什么类型"<<endl;

    cout<<"T1的类型为："<<typeid(T1).name()<<endl;

    cout<<"T2的类型为："<<typeid(T2).name()<<endl;

}

void test02()

{
    
    // 2. 参数模板化???????? --- 将对象中的参数变为模板进行传递

    person <string ,int> p1 ("JACK",78);

    print2(p1);

}

?

// 3.将整个类模板化

template<class T>

void print3(T &p2)

{

    p2.show();

    cout<<"T的数据类型"<<endl;

    cout<<"T的类型为："<<typeid(T).name()<<endl;

}

void test03()

{

    person<string,int> p2("LILY",45);

    print3(p2);

}

int main()

{

    test01();

    test02();

    test03();

    return 0;

}

运行结果：

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

五、类模板与继承

注意：

1. 当子类继承父类是一个类模板时，子类在声明的时候，要指定出父类T的类型
2. 如果不能确定，编译器无法给予子类分配内存
3. 如果想灵活指定父类中T的类型，子类也需要变为类模板

示例1：

#include<iostream>

#include<typeinfo>

using namespace std;

// 类模板与继承

template<class T>

class Base

{

    T m;

};

// class Son:public Base? // 必须要知道父类中T的类型，才能继承给子类

class Son:public Base<int>

{

?

};

int main()

{

    Son s1;

    return 0;

}

生成成功：

示例2：

#include<iostream>

#include<typeinfo>

using namespace std;

template<class T>

class Base

{

    T m;

};

// 如果想要灵活指定父类中T的类型，子类需要变类模板

template<class T1,class T2>

class Son2:public Base<T2>

{

public:

??? Son2()

??? {

          cout<<"T1的类型为："<<typeid(T1).name()<<endl;
??????? ? cout<<"T2的类型为："<<typeid(T2).name()<<endl;

??? }

    T1 ojb;

};

void test02()

{

??? Son2<int ,char>s2;// char 传给父类，int 传给子类

}

int main()

{

    test02();

    return 0;

}

运行结果：

六、类模板成员函数类外实现

示例：

#include<iostream>

using namespace std;

?

// 类模板成员函数类外实现

template<class T1,class T2>

class person

{

public:

    person(T1 name,T2 age);

    /*{

        this->name=name;

        this->age=age;

    }*/
    
    void show();

    /*{

        cout<<"姓名："<<this->name<<"\t年龄："<<this->age<<endl;

    }*/

??? T1 name;

??? T2 age;

};

// 构造函数的类外实现

template<class T1,class T2>

person<T1,T2>::person(T1 name,T2 age)

{

    this->name=name;

    this->age=age;

}

?

// 成员函数的类外实现

template<class T1,class T2>

void person<T1,T2>::show()

{

    cout<<"姓名："<<this->name<<"\t年龄："<<this->age<<endl;

}

void test01()

{

    person<string,int>p("TOM",28);

    p.show();

}

int main()

{

    test01();

    return 0;

}

运行结果：

七、类模板分文件编写

问题：

类模板中成员函数创建的时机是在调用阶段，导致分文件编写时连接不到

解决

1. 直接包含 .cpp 源文件
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文件

#include<iostream>

using namespace std;



// 类模板成员函数类外实现

template<class T1, class T2>

class person

{

public:

    person(T1 name, T2 age);

    T1 name;

    T2 age;

};

// 构造函数的类外实现

template<class T1, class T2>

person<T1, T2>::person(T1 name, T2 age)

{

    this->name = name;

    this->age = age;

}



// 成员函数的类外实现

template<class T1, class T2>

void person<T1, T2>::show()

{

    cout << "姓名：" << this->name << "\t年龄：" << this->age << endl;

}

.cpp文件

#include<iostream>

#include"person.hpp"

using namespace std;

void test01()

{

    person<string, int>p("TOM", 28);

    p.show();

}

int main()

{

    test01();

    return 0;

}

八、类模板与友元

类模板配合友元函数的类内实现和类外实现

1. 全局函数类内实现 -- 直接在类内声明友元即可
2. 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<iostream>

using namespace std;

?

template<class T1,class T2>

class person;

?

// 类外实现

template<class T1,class T2>

void print2(person<T1,T2> p)

{

    cout<<"类外实现---姓名："<<p.name<<"\t年龄："<<p.age<<endl;

}

?

// 类模板与友元

template<class T1,class T2>

class person

{

?

    // 通过全局函数打印输出

    // 全局函数类内实现

    friend void print1(person<T1,T2> p)

    {

        cout<<"姓名："<<p.name<<"\t年龄："<<p.age<<endl;

    }
    
    // 全局函数类外实现

    // 需要加空模板的参数列表

    // 如果全局函数是类外实现，需要让编译器提前知道这个函数的存在

    friend void print2<>(person<T1,T2> p);

    public:

    person(T1 name,T2 age)

    {

        this->name=name;

        this->age=age;

    }

?

private:

??? T1 name;

??? T2 age;

};

?

?

void test01()

{

    person<string,int>p("TOM",28);

    print1(p);

    print2(p);

}

int main()

{

    test01();

    return 0;

}

运行结果：

九、类模板案例

目的：

1. 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
2. 将数组中的数据存储到堆区
3. 构造函数中可以传入数组的容量
4. 提供对应的拷贝构造函数以及operator=防止浅拷贝问题
5. 提供尾插法和尾删除法对数组中的数据进行增加和删除
6. 可以通过下标的方式访问数组中的元素
7. 可以获取数组中当前元素的个数和数组的容量

my_array.hpp

#pragma once

#include<iostream>

using namespace std;

// 自己的通用的数组类

?

template<class T>

class my_array

{

public:

    // 有参构造， 传入容量

    my_array(int copacity)

    {

        cout << "my_array的有参构造" << endl;

        this->m_Capacity = copacity;

        this->m_Size = 0;

        this->p_Address = new T[this->m_Capacity];

    }

?

    //拷贝构造

    my_array(const my_array& arr)

    {

        this->m_Capacity = arr.m_Capacity;

        this->m_Size = arr.m_Size;

        // 浅拷贝 this->p_Address = arr. p_Address;

        // 深拷贝

        this->p_Address = new T[arr.m_Capacity];

?

        //? 将arr中的数据拷贝进来

        for (int i = 0; i < this->m_Size; i++)

        {

            this->p_Address[i] = arr.p_Address[i];

        }

    }

?

    // operator = 防止浅拷贝的问题

    my_array& operator=(const my_array& arr)

    {

        // 先判断原来堆区是否有数据，先释放堆区数据

        if (this->p_Address != NULL)

        {

            delete[]this->p_Address;

            this->p_Address = NULL;

            this->m_Capacity = 0;

            this->m_Size = 0;

        }

        this->m_Capacity = arr.m_Capacity;
    
        this->m_Size = arr.m_Size;

        this->p_Address = new T[arr.m_Capacity];

        for (int i = 0; i < this->m_Size; i++)

        {

            this->p_Address[i] = arr.p_Address[i];

        }

        return *this;

    }

?

    // 尾插法

    void Push_Back(const T& Val )

    {

        // 判断容量是否最大了

        if (this->m_Capacity == this->m_Size)

        {

            return;

        }

        this->p_Address[this->m_Size] = Val;? // 在数组的末尾插入数据

        this->m_Size++;? // 更新数组的大小

    }

?

    // 尾删法

    void Pop_Back()

    {

        // 让用户访问不到最后一个元素，就是删除

        if (this->m_Size == 0)

        {

            return;

        }

        this->m_Size--;

    }

?

    // 可以通过下标的方式访问数组

    T& operator[](int index)

    {

        return this->p_Address[index];

    }

?

    // 返回数组的容量

    int get_Caoacity()

    {

        return this->m_Capacity;

    }

?

    // 返回数组大小

    int get_Size()

    {

        return this->m_Size;

    }

?

    // 析构函数

    ~my_array()

    {

        if (this->p_Address != NULL)

        {

            delete[] this->p_Address;

            this->p_Address = NULL;

        }

    }

private:

    T* p_Address;?? // 指针指向堆区开辟的真实数据

?

    int m_Capacity;?? // 数组容量

?

    int m_Size;? // 数组大小

};

模板array.cpp

#include"my_array.hpp"

#include<iostream>

using namespace std;

void print_arr(my_array<int>& arr)

{

    for (int i = 0; i < arr.get_Size(); i++)

    {

        cout << arr[i] << endl;

    }

}

void test01()

{

    my_array<int> arr1(5);

    for (int i = 0; i < 5; i++)

    {

        // 利用尾插法向数组中插入数据

        arr1.Push_Back(i);

    }

    cout << "arr1的打印输出" << endl;

    print_arr(arr1);

    cout << "arr1的容量为：" <<arr1.get_Caoacity()<< endl;

    cout << "arr1的大小为：" << arr1.get_Size() << endl;

?

    cout << "arr2的打印输出" << endl;

    my_array<int> arr2(arr1);
    
    print_arr(arr2);

    // 尾删

    arr2.Pop_Back();

    cout << "arr2的容量为：" << arr2.get_Caoacity() << endl;

    cout << "arr2的大小为：" << arr2.get_Size() << endl;

}

?

// 测试自定义的数据类型

class person

{

public:

    person() {};

    person(string name,int age)

    {

        this->name = name;

        this->age = age;

    }

    string name;

    int age;

};

?

void print_person_arr(my_array<person>& arr)

{

    for (int i = 0; i < arr.get_Size(); i++)

    {

        cout << "姓名：" << arr[i].name << "\t年龄：" << arr[i].age << endl;

    }

}

?

void test02()

{

    my_array<person> arr(10);

    person p1("TON", 78);

    person p2("JEEYU", 678);

    person p3("hello", 567);

    person p4("bgood", 567);
    
    person p5("daj", 78);

?

    // 将数据插入到数组中

    arr.Push_Back(p1);

    arr.Push_Back(p2);

    arr.Push_Back(p3);

    arr.Push_Back(p4);

    arr.Push_Back(p5);

    // 打印数组

    print_person_arr(arr);

    // 输出容量

    cout << "arr的容量：" << arr.get_Caoacity() << endl;

    // 输出大小
    
    cout << "arr的大小：" << arr.get_Size() << endl;
        
}

int main()

{

    test01();

    test02();

    return 0;

}

运行结果：