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20. 类模板

article 2024/11/14 13:59:24

一、什么是类模板

类模板用于建立一个通用类，类中的成员数据类型可以不具体指定，用一个虚拟的类型来代替。它的语法格式如下：

template<typename T>

类模板与函数模板相比主要有两点区别：1) 类模板没有自动类型推导的方式。2) 类模板在模板参数中可以有默认参数。

#include <iostream>

using namespace std;

// 类模板中可以使用默认参数
template<class NameType, typename AgeType=int>
class Person
{
public:
    NameType name;
    AgeType age;

    Person(void) {}
    Person(NameType name, AgeType age) : name(name), age(age) {}

    void showPerson(void)
    {
        cout << "{name: " << name << ", age: " << age << "}" << endl;
    }
};

int main(void)
{
    // 指定NameType为string，AgeType默认为int
    Person<string> p1("Sakura", 10);
    p1.showPerson();

    return 0;
}

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的。

二、类模板对象做函数参数

类模板对象也可以作为函数的参数，总共有三种方式传入：

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。

#include <iostream>

using namespace std;

// 类模板中可以使用默认参数
template<class NameType, typename AgeType=int>
class Person
{
public:
    NameType name;
    AgeType age;

    Person(void) {}
    Person(NameType name, AgeType age) : name(name), age(age) {}

    void showPerson(void)
    {
        cout << "{name: " << name << ", age: " << age << "}" << endl;
    }
};

// 1、指定传入类型
void printPerson1(Person<string, int> &p)
{
    p.showPerson();
}

// 2、参数模板化
template <typename NameType, typename AgeType>
void printPerson2(Person<NameType, AgeType> &p)
{
    p.showPerson();
}

// 3、这个类模板化
template<typename T>
void printPerson3(T &p)
{
    p.showPerson();
}

int main(void)
{
    Person<string, int> p("Sakura", 10);
    printPerson1(p);
    printPerson2(p);
    printPerson3(p);

    return 0;
}

三、类模板与继承

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。如果想要灵活指定出父类父类中的 T 的类型，子类也需要变成类模板。

#include <iostream>

using namespace std;

template<typename T>
class SuperClass
{
public:
    T a;
};

// 子类继承模板类，必须知道父类中T类型
class SubClass1 : public SuperClass<string>
{

};

// 如果想要灵活指定父类中T类型，则需要使用模板类
template<typename T1, typename T2>
class SubClass2: public SuperClass<T1>
{
    T2 b;
};

int main(void)
{
    SubClass1 subClass1;
    SubClass2<string, int> subClass2;

    return 0;
}

四、类模板成员函数类外实现

类模板中成员函数的类外实现时，需要加上模板参数列表。

新建一个 person.hpp 文件用来保存类的声明和方法。

#pragma once
#include <iostream>

using namespace std;

// 类模板中可以使用默认参数
template<class NameType, typename AgeType=int>
class Person
{
public:
    NameType name;
    AgeType age;

    Person(void);
    Person(NameType name, AgeType age);

    void showPerson(void);
};

在包含 main() 函数的文件中包含刚才定义的头文件，然后使用。

#include <iostream>
// 这里不要包含头文件要包含源文件
// #include "person.hpp"

using namespace std;

int main(void)
{
    Person<string> p1("Sakura", 10);
    p1.showPerson();

    return 0;
}

五、类模板与友元

修改 person.hpp 文件中内容。

#pragma once
#include <iostream>
#include <cstring>

using namespace std;

template<typename NameType, typename AgeType>
class Person;

template<typename NameType, typename AgeType>
void showPerson(Person<NameType, AgeType> p);

// 类模板中可以使用默认参数
template<class NameType, typename AgeType=int>
class Person
{
    // 加空模板的参数列表
    /// 如果全局函数是类外实现的，需要让编译器提前知道这个函数的存在
    friend void showPerson<>(Person<NameType, AgeType> p);

private:
    NameType name;
    AgeType age;

public:
    Person(void);
    Person(NameType name, AgeType age);
};

// 类模板的构造函数类外实现
template<typename NameType, typename AgeType>
Person<NameType, AgeType>::Person(void) {}

template<typename NameType, typename AgeType>
Person<NameType, AgeType>::Person(NameType name, AgeType age)
{
    this->name = name;
    this->age = age;
}

// 全局函数做友元类外实现
template<typename NameType, typename AgeType>
void showPerson(Person<NameType, AgeType> p)
{
    cout << "{name: " << p.name << ", age: " << p.age << "}" << endl;
}

修改包含 main() 函数的文件中的内容。

#include <iostream>
#include "person.hpp"

using namespace std;

int main(void)
{
    Person<string> p1("Sakura", 10);
    showPerson(p1);

    return 0;
}