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：

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