bilibiliC++08-18_类模板

﹏ヽ暗。殇╰゛Y 2022-10-30 02:27 130阅读 0赞

### 1.3 类模板 ###

#### 1.3.1 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<typename 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：**

#include <string>
    //类模板
    template<class NameType, class AgeType> 
    class Person
    { 
    public:
    	Person(NameType name, AgeType age)
    	{ 
    		this->mName = name;
    		this->mAge = age;
    	}
    	void showPerson()
    	{ 
    		cout << "name: " << this->mName << " age: " << this->mAge << endl;
    	}
    public:
    	NameType mName;
    	AgeType mAge;
    };
    
    void test01()
    { 
    	// 指定NameType 为string类型，AgeType 为 int类型
    	Person<string, int>P1("孙悟空", 999);
    	P1.showPerson();
    }
    
    int main() { 
    
    	test01();
    
    	system("pause");
    
    	return 0;
    }

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

#### 1.3.2 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：**

#include <string>
    //类模板
    template<class NameType, class AgeType = int> 
    class Person
    { 
    public:
    	Person(NameType name, AgeType age)
    	{ 
    		this->mName = name;
    		this->mAge = age;
    	}
    	void showPerson()
    	{ 
    		cout << "name: " << this->mName << " age: " << this->mAge << endl;
    	}
    public:
    	NameType mName;
    	AgeType mAge;
    };
    
    //1、类模板没有自动类型推导的使用方式
    void test01()
    { 
    	// Person p("孙悟空", 1000); // 错误 类模板使用时候，不可以用自动类型推导
    	Person <string ,int>p("孙悟空", 1000); //必须使用显示指定类型的方式，使用类模板
    	p.showPerson();
    }
    
    //2、类模板在模板参数列表中可以有默认参数
    void test02()
    { 
    	Person <string> p("猪八戒", 999); //类模板中的模板参数列表 可以指定默认参数
    	p.showPerson();
    }
    
    int main() { 
    
    	test01();
    
    	test02();
    
    	system("pause");
    
    	return 0;
    }

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

#### 1.3.3 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 showPerson1()
    	{ 
    		cout << "Person1 show" << endl;
    	}
    };
    
    class Person2
    { 
    public:
    	void showPerson2()
    	{ 
    		cout << "Person2 show" << endl;
    	}
    };
    
    template<class T>
    class MyClass
    { 
    public:
    	T obj;
    
    	//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 fun1() {  obj.showPerson1(); }
    	void fun2() {  obj.showPerson2(); }
    
    };
    
    void test01()
    { 
    	MyClass<Person1> m;
    	
    	m.fun1();
    
    	//m.fun2();//编译会出错，说明函数调用才会去创建成员函数
    }
    
    int main() { 
    
    	test01();
    
    	system("pause");
    
    	return 0;
    }

总结：类模板中的成员函数并不是一开始就创建的，在调用时才去创建

#### 1.3.4 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：**

#include <string>
    //类模板
    template<class NameType, class AgeType = int> 
    class Person
    { 
    public:
    	Person(NameType name, AgeType age)
    	{ 
    		this->mName = name;
    		this->mAge = age;
    	}
    	void showPerson()
    	{ 
    		cout << "name: " << this->mName << " age: " << this->mAge << endl;
    	}
    public:
    	NameType mName;
    	AgeType mAge;
    };
    
    //1、指定传入的类型
    void printPerson1(Person<string, int> &p) 
    { 
    	p.showPerson();
    }
    void test01()
    { 
    	Person <string, int >p("孙悟空", 100);
    	printPerson1(p);
    }
    
    //2、参数模板化
    template <class T1, class T2>
    void printPerson2(Person<T1, T2>&p)
    { 
    	p.showPerson();
    	cout << "T1的类型为： " << typeid(T1).name() << endl;
    	cout << "T2的类型为： " << typeid(T2).name() << endl;
    }
    void test02()
    { 
    	Person <string, int >p("猪八戒", 90);
    	printPerson2(p);
    }
    
    //3、整个类模板化
    template<class T>
    void printPerson3(T & p)
    { 
    	cout << "T的类型为： " << typeid(T).name() << endl;
    	p.showPerson();
    
    }
    void test03()
    { 
    	Person <string, int >p("唐僧", 30);
    	printPerson3(p);
    }
    
    int main() { 
    
    	test01();
    	test02();
    	test03();
    
    	system("pause");
    
    	return 0;
    }

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

#### 1.3.5 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：**

template<class T>
    class Base
    { 
    	T m;
    };
    
    //class Son:public Base //错误，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> //必须指定一个类型
    { 
    };
    void test01()
    { 
    	Son c;
    }
    
    //类模板继承类模板 ,可以用T2指定父类中的T类型
    template<class T1, class T2>
    class Son2 :public Base<T2>
    { 
    public:
    	Son2()
    	{ 
    		cout << typeid(T1).name() << endl;
    		cout << typeid(T2).name() << endl;
    	}
    };
    
    void test02()
    { 
    	Son2<int, char> child1;
    }
    
    
    int main() { 
    
    	test01();
    
    	test02();
    
    	system("pause");
    
    	return 0;
    }

总结：如果父类是类模板，子类需要指定出父类中T的数据类型

#### 1.3.6 类模板成员函数类外实现 ####

学习目标：能够掌握类模板中的成员函数类外实现  
**示例：**

#include <string>
    
    //类模板中成员函数类外实现
    template<class T1, class T2>
    class Person { 
    public:
    	//成员函数类内声明
    	Person(T1 name, T2 age);
    	void showPerson();
    
    public:
    	T1 m_Name;
    	T2 m_Age;
    };
    
    //构造函数 类外实现
    template<class T1, class 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<class T1, class T2>
    void Person<T1, T2>::showPerson() { 
    	cout << "姓名: " << this->m_Name << " 年龄:" << this->m_Age << endl;
    }
    
    void test01()
    { 
    	Person<string, int> p("Tom", 20);
    	p.showPerson();
    }
    
    int main() { 
    
    	test01();
    
    	system("pause");
    
    	return 0;
    }

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

#### 1.3.7 类模板分文件编写 ####

学习目标：

*  掌握类模板成员函数分文件编写产生的问题以及解决方式

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

**示例：**

person.hpp中代码：

#pragma once
    #include <iostream>
    using namespace std;
    #include <string>
    
    template<class T1, class T2>
    class Person { 
    public:
    	Person(T1 name, T2 age);
    	void showPerson();
    public:
    	T1 m_Name;
    	T2 m_Age;
    };
    
    //构造函数 类外实现
    template<class T1, class 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<class T1, class T2>
    void Person<T1, T2>::showPerson() { 
    	cout << "姓名: " << this->m_Name << " 年龄:" << this->m_Age << endl;
    }

类模板分文件编写.cpp中代码

#include<iostream>
    using namespace std;
    
    //#include "person.h"
    #include "person.cpp" //解决方式1，包含cpp源文件
    
    //解决方式2，将声明和实现写到一起，文件后缀名改为.hpp
    #include "person.hpp"
    void test01()
    { 
    	Person<string, int> p("Tom", 10);
    	p.showPerson();
    }
    
    int main() { 
    
    	test01();
    
    	system("pause");
    
    	return 0;
    }

总结：主流的解决方式是第二种，将类模板成员函数写到一起，并将后缀名改为.hpp

#### 1.3.8 类模板与友元 ####

学习目标：

*  掌握类模板配合友元函数的类内和类外实现  
    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 <string>
    
    //2、全局函数配合友元 类外实现 - 先做函数模板声明，下方在做函数模板定义，在做友元
    template<class T1, class T2> class Person;
    
    //如果声明了函数模板，可以将实现写到后面，否则需要将实现体写到类的前面让编译器提前看到
    //template<class T1, class T2> void printPerson2(Person<T1, T2> & p); 
    
    template<class T1, class T2>
    void printPerson2(Person<T1, T2> & p)
    { 
    	cout << "类外实现 ---- 姓名： " << p.m_Name << " 年龄：" << p.m_Age << endl;
    }
    
    template<class T1, class T2>
    class Person
    { 
    	//1、全局函数配合友元 类内实现
    	friend void printPerson(Person<T1, T2> & p)
    	{ 
    		cout << "姓名： " << p.m_Name << " 年龄：" << p.m_Age << endl;
    	}
    
    
    	//全局函数配合友元 类外实现
    	friend void printPerson2<>(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;
    
    };
    
    //1、全局函数在类内实现
    void test01()
    { 
    	Person <string, int >p("Tom", 20);
    	printPerson(p);
    }
    
    
    //2、全局函数在类外实现
    void test02()
    { 
    	Person <string, int >p("Jerry", 30);
    	printPerson2(p);
    }
    
    int main() { 
    
    	//test01();
    
    	test02();
    
    	system("pause");
    
    	return 0;
    }

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

#### 1.3.9 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

**示例：**

myArray.hpp中代码

#pragma once
    #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;
    		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;
    		this->pAddress = new T[this->m_Capacity];
    		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) { 
    
    		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;
    		this->pAddress = new T[this->m_Capacity];
    		for (int i = 0; i < this->m_Size; i++) { 
    			this->pAddress[i] = myarray[i];
    		}
    		return *this;
    	}
    
    	//重载[] 操作符 arr[0]
    	T& 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 & val)
    	{ 
    		if (this->m_Capacity == this->m_Size)
    		{ 
    			return;
    		}
    		this->pAddress[this->m_Size] = val;
    		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

#include "myArray.hpp"
    #include <string>
    
    void printIntArray(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> array1(10);
    	for (int i = 0; i < 10; i++)
    	{ 
    		array1.Push_back(i);
    	}
    	cout << "array1打印输出：" << endl;
    	printIntArray(array1);
    	cout << "array1的大小：" << array1.getSize() << endl;
    	cout << "array1的容量：" << array1.getCapacity() << endl;
    
    	cout << "--------------------------" << endl;
    
    	MyArray<int> array2(array1);
    	array2.Pop_back();
    	cout << "array2打印输出：" << endl;
    	printIntArray(array2);
    	cout << "array2的大小：" << array2.getSize() << endl;
    	cout << "array2的容量：" << array2.getCapacity() << endl;
    }
    
    //测试自定义数据类型
    class Person { 
    public:
    	Person() { } 
    		Person(string name, int age) { 
    		this->m_Name = name;
    		this->m_Age = age;
    	}
    public:
    	string m_Name;
    	int m_Age;
    };
    
    void printPersonArray(MyArray<Person>& personArr)
    { 
    	for (int i = 0; i < personArr.getSize(); i++) { 
    		cout << "姓名：" << personArr[i].m_Name << " 年龄： " << personArr[i].m_Age << endl;
    	}
    
    }
    
    void test02()
    { 
    	//创建数组
    	MyArray<Person> pArray(10);
    	Person p1("孙悟空", 30);
    	Person p2("韩信", 20);
    	Person p3("妲己", 18);
    	Person p4("王昭君", 15);
    	Person p5("赵云", 24);
    
    	//插入数据
    	pArray.Push_back(p1);
    	pArray.Push_back(p2);
    	pArray.Push_back(p3);
    	pArray.Push_back(p4);
    	pArray.Push_back(p5);
    
    	printPersonArray(pArray);
    
    	cout << "pArray的大小：" << pArray.getSize() << endl;
    	cout << "pArray的容量：" << pArray.getCapacity() << endl;
    
    }
    
    int main() { 
    
    	//test01();
    
    	test02();
    
    	system("pause");
    
    	return 0;
    }

总结：

能够利用所学知识点实现通用的数组