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:
- 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<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:
- 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:
- 指定传入的类型 --- 直接显示对象的数据类型(**常用)**
- 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<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:
- 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
- 如果不能确定,编译器无法给予子类分配内存
- 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
- 直接包含 .cpp 源文件
- 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
- 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<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:
- 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
- 提供尾插法和尾删除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;
}
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