模板（类模板）---C++

模板目录

  • 2.类模板
    • 2.1 类模板语法
    • 2.2 类模板与函数模板区别
    • 2.3 类模板中成员函数创建时机
    • 2.4 类模板对象做函数参数
    • 2.5 类模板与继承
    • 2.6 类模板成员函数类外实现
    • 2.7 类模板分文件编写
    • 2.8 类模板与友元
    • 2.9 类模板案例

在这里插入图片描述

2.类模板

2.1 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<class 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：

template <typename T1,typename T2>
class Person
{
public:Person(T1 name, T2 age){this->m_name = name;this->m_age = age;}void print(){cout << "姓名：" << this->m_name << " 年龄：" << this->m_age << endl;}public:T1 m_name;T2 m_age;
};void test01()
{// 指定T1 为string类型，T2 为 int类型Person<string, int>p1("李四", 25);p1.print();
}

在这里插入图片描述
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。

2.2 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：

  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：

template <typename T1,typename T2=int>
class Person
{
public:Person(T1 name, T2 age){this->m_name = name;this->m_age = age;}void print(){cout << "姓名：" << this->m_name << " 年龄：" << this->m_age << endl;}public:T1 m_name;T2 m_age;
};void test02()
{// 指定T1 为string类型，T2 为 int类型(可省)Person<string>p1("李四", 25);//不写则默认p1.print();//对于默认类型参数可变Person<string, char>p2("张三", 'A');p2.print();
}

在这里插入图片描述
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.

2.3 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 print1(){cout << "普通类成员函数---1" << endl;;}
};class Person2
{
public:void print2(){cout << "普通类成员函数---2" << endl;;}
};template <class T>
class ClassTemplate
{
public:T mem;//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 func1(){mem.print1();}void func2(){mem.print2();}
};void test02()
{ClassTemplate<Person1>p1;p1.func1();//函数调用//p1.func2();//编译会出错，说明函数调用才会去创建成员函数
}

在这里插入图片描述
说明:对于普通类成员函数,当创建对象时就可以调用成员函数;对于类模板,利用其创建对象后,如果其成员函数是一开始就创建,则创建对象后就可调用,但对于func2()函数却不可调用,只有在创建相应对象后才可以调用相应成员函数.

2.4 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：

  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.

示例1：

template <typename T1, typename T2 = int>//默认参数
class Person
{
public:Person(T1 name, T2 age){this->m_name = name;this->m_age = age;}void print(){cout << "姓名：" << this->m_name << " 年龄：" << this->m_age << endl;}public:T1 m_name;T2 m_age;
};//1. 指定传入的类型-- - 直接显示对象的数据类型;
void func(Person<string>& p)
{p.print();
}
void test01()
{Person<string>p1("李四", 25);//不写则默认func(p1);}

在这里插入图片描述
示例2：

template <typename T1, typename T2 = int>//默认参数
class Person
{
public:Person(T1 name, T2 age){this->m_name = name;this->m_age = age;}void print(){cout << "姓名：" << this->m_name << " 年龄：" << this->m_age << endl;}public:T1 m_name;T2 m_age;
};//2. 参数模板化-- - 将对象中的参数变为模板进行传递;(函数模板)
template<class T1,class T2>
void func1(Person<T1,T2>& p)
{p.print();//输出模板参数类型cout << "T1的类型为： " << typeid(T1).name() << endl;cout << "T2的类型为： " << typeid(T2).name() << endl;
}
void test02()
{Person<string>p1("唐僧", 99);//不写则默认func1(p1);}

在这里插入图片描述

示例3：

template <typename T1, typename T2 = int>//默认参数
class Person
{
public:Person(T1 name, T2 age){this->m_name = name;this->m_age = age;}void print(){cout << "姓名：" << this->m_name << " 年龄：" << this->m_age << endl;}public:T1 m_name;T2 m_age;
};//3. 整个类模板化-- - 将这个对象类型模板化进行传递.
template<class T>
void func2(T& p)
{p.print();//输出模板参数类型cout << "T的类型为： " << typeid(T).name() << endl;
}
void test03()
{Person<string>p1("孙悟空", 999);//不写则默认func2(p1);
}

在这里插入图片描述
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

2.5 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1：

//普通子类继承模板父类
template <class T>
class Base
{
public:T m;
};//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>
{
public:void func(){cout << "Son类成员函数" << endl;}
};

在这里插入图片描述

示例2：

//模板子类继承模板父类
template <class T>
class Base
{
public:T m;
};//如果想灵活指定出父类中T的类型，子类也需变为类模板
template <class T1, class T2 >
class Son :public Base<T2>
{
public:void func(){cout << "Son类成员函数" << endl;cout << "T1的类型为： " << typeid(T1).name() << endl;cout << "T2的类型为： " << typeid(T2).name() << endl;}
};

在这里插入图片描述

2.6 类模板成员函数类外实现

注意与普通类成员函数的类外实现对比记忆.

示例：

template <typename T1, typename T2>
class Person
{
public://成员函数类内声明Person(T1 name, T2 age);void print();public:T1 m_name;T2 m_age;
};//构造函数 类外实现
template <typename T1, typename 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 <typename T1, typename T2>
void Person<T1, T2>::print()
{cout << "姓名：" << this->m_name << " 年龄：" << this->m_age << endl;
}
void test01()
{Person<string, int>p1("孙悟空", 999);p1.print();
}

在这里插入图片描述
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

2.7 类模板分文件编写

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.

解决方式1：直接包含.cpp源文件
示例1：
template.cpp:

#include "template.h"//构造函数 类外实现
template <typename T1, typename 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 <typename T1, typename T2>
void Person<T1, T2>::print()
{cout << "姓名：" << this->m_name << " 年龄：" << this->m_age << endl;
}

template.h:

#pragma once
#include <iostream>using namespace std;template <typename T1, typename T2>
class Person
{
public://成员函数类内声明Person(T1 name, T2 age);void print();public:T1 m_name;T2 m_age;
};

#include "template.cpp"void test01()
{Person<string, int>p1("孙悟空", 999);p1.print();
}
int main() {test01();system("pause");return 0;
}

在这里插入图片描述
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2：
template.hpp://后缀可改

#pragma once
#include <iostream>using namespace std;template <typename T1, typename T2>
class Person
{
public://成员函数类内声明Person(T1 name, T2 age);void print();public:T1 m_name;T2 m_age;
};//构造函数 类外实现
template <typename T1, typename 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 <typename T1, typename T2>
void Person<T1, T2>::print()
{cout << "姓名：" << this->m_name << " 年龄：" << this->m_age << endl;
}

#include "template.hpp"void test01()
{Person<string, int>p1("孙悟空", 999);p1.print();
}
int main() {test01();system("pause");return 0;
}

在这里插入图片描述

2.8 类模板与友元

  • 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1：

  • 全局函数类内实现—友元
//类模板
template <class T1, class T2>
class Person
{//1、全局函数配合友元   类内实现friend void print1(Person<T1, T2>& p){cout << "姓名： " << p.m_name << " 年龄：" << p.m_age << endl;}public:Person(T1 name, T2 age){this->m_name = name;this->m_age = age;}private:T1 m_name;T2 m_age;
};void test01()
{Person<string, int>p1("沙和尚", 100);print1(p1);
}

在这里插入图片描述

示例2：

  • 全局函数类外实现—友元
//全局函数配合友元  类外实现 - 先做类模板声明，下方在做函数模板定义，在做友元
template<class T1, class T2> 
class Person;//类模板声明//全局函数类外实现
template<class T1, class T2>
void print2(Person<T1, T2>& p)//此处用到Person类，需要在前面声明
{cout << "类外实现 ---- 姓名： " << p.m_name << " 年龄：" << p.m_age << endl;
}
//类模板
template <class T1, class T2>
class Person
{//2、全局函数配合友元   类外实现//注意此处print2后的<>,这个空模板列表是为了告诉编译器这是一个函数模板的声明，不是普通函数声明friend void print2<>(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;
};void test02()
{Person<string, int>p1("孙悟空", 9999);print2(p1);
}

在这里插入图片描述
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

2.9 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

分文件编写：
myArray.hpp中代码
示例1：

#pragma
#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;this->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;//深拷贝this->pAddress = new T[this->m_Capacity];//重新开辟堆区空间//将arr中原有内容拷贝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) {//先对被赋值的对象进行判断是否为空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;//防止浅拷贝，进行深拷贝this->pAddress = new T[this->m_Capacity];for (int i = 0; i < this->m_Size; i++) {this->pAddress[i] = myarray.pAddress[i];}return *this;}//重载[] 操作符 //通过下标方式访问数组元素//由于自己所创建的是一个类arr，类无法实现与[]结合表示数组元素//需要进行[]重载,返回T&表示可以对arr[index]赋值，及arr[index]=100T& 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& value){if (this->m_Capacity == this->m_Size){return;}this->pAddress[this->m_Size] = value;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
示例2.1：

#include "myArray.hpp"void print_Array(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>arr1(10);for (int i = 0; i < 10; i++){arr1.Push_back(i);}cout << "arr1打印输出：" << endl;print_Array(arr1);cout << "arr1的大小：" << arr1.getSize() << endl;cout << "arr1的容量：" << arr1.getCapacity() << endl;cout << "--------------------------" << endl;MyArray<int> arr2(arr1); arr2.Pop_back();cout << "arr2打印输出：" << endl;print_Array(arr2);cout << "arr2的大小：" << arr2.getSize() << endl;cout << "arr2的容量：" << arr2.getCapacity() << endl;
}

在这里插入图片描述
示例2.2：

class Person
{
public:Person() {};//防止创建无参数类时，缺少无参构造Person(string name, int age) {this->m_Name = name;this->m_Age = age;}
public:string m_Name;int m_Age;
};void print_class_Array(MyArray<Person>& personArr)
{for (int i = 0; i < personArr.getSize(); i++) {cout << "姓名：" << personArr[i].m_Name <<"\t"<< " 年龄： " << personArr[i].m_Age << endl;}
}
//测试自定义数据类型
void test02()
{//创建数组MyArray<Person> pArray(10);Person p1("唐僧", 30);Person p2("孙悟空", 99999);Person p3("猪八戒", 9999);Person p4("沙和尚", 999);Person p5("白龙马", 99);//插入数据pArray.Push_back(p1);pArray.Push_back(p2);pArray.Push_back(p3);pArray.Push_back(p4);pArray.Push_back(p5);print_class_Array(pArray);cout << "pArray的大小：" << pArray.getSize() << endl;cout << "pArray的容量：" << pArray.getCapacity() << endl;
}

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