C++类模板（模板类）详解

谁借莪１个温暖的怀抱￠ 2023-02-19 05:27 18阅读 0赞

人们需要编写多个形式和功能都相似的函数，因此有了函数模板来减少重复劳动；人们也需要编写多个形式和功能都相似的类，于是 [C++][C] 引人了类模板的概念，编译器从类模板可以自动生成多个类，避免了程序员的重复劳动。  
  
例如，在《[C++运算符重载][C 1]》一章中的《[C++实现可变长度的动态数组][C 2]》一节中，我们实现了一个可变长的整型数组类，可能还需要可变长的 double 数组类，可变长的 CStudent 数组类，等等。如果要把类似于可变长整型数组类的代码都重写一遍，无疑非常麻烦。有了**类模板**的机制，只需要写一个可变长的数组类模板，编译器就会由该类模板自动生成整型、double 型等各种类型的可变长数组类了。  
  
C++ 中类模板的写法如下：

**template <类型参数表>  
class 类模板名\{  
    成员函数和成员变量  
\};**

类型**参数表**的写法如下：

class类塑参数1, class类型参数2, ...

类模板中的成员函数放到类模板定义外面写时的语法如下：

template <类型参数表>  
返回值类型  类模板名<类型参数名列表>::成员函数名(参数表)  
\{  
    ...  
\}

用类模板定义对象的写法如下：

类模板名<真实类型参数表> 对象名(构造函数实际参数表);

如果类模板有无参构造函数，那么也可以使用如下写法：

类模板名 <真实类型参数表> 对象名;

类模板看上去很像一个类。下面以 Pair 类模板为例来说明类模板的写法和用法。  
  
实践中常常会碰到，某项数据记录由两部分组成，一部分是关键字，另一部分是值。关键字用来对记录进行排序和检索，根据关键字能查到值。例如，学生记录由两部分组成，一部分是学号，另一部分是绩点。要能根据学号对学生进行排序，以便方便地检索绩点，则学号就是关键字，绩点就是值。  
  
下面的Pair类模板就可用来处理这样的数据记录：

#include <iostream>
    #include <string>
    using namespace std;
    
    template <class T1,class T2>
    class Pair
    {
    public:
    T1 key; //关键字
    T2 value; //值
    Pair(T1 k,T2 v):key(k),value(v) { };
    bool operator < (const Pair<T1,T2> & p) const;
    };
    
    template<class T1,class T2>
    bool Pair<T1,T2>::operator < (const Pair<T1,T2> & p) const
    //Pair的成员函数 operator <
    { //"小"的意思就是关键字小
    return key < p.key;
    }
    
    int main()
    {
    Pair<string,int> student("Tom",19); //实例化出一个类 Pair<string,int>
    cout << student.key << " " << student.value;
    return 0;
    }

程序的输出结果是：  
Tom 19  
  
实例化一个类模板时，如第 21 行，真实类型参数表中的参数是具体的类型名，如 string、int 或其他类的名字（如 CStudent）等，它们用来一一对应地替换类模板定义中“类型参数表”中的类型参数。`类模板名 <真实类型参数表>`就成为一个具体的类的名字。  
  
编译器编译到第 21 行时，就会用 string 替换 Pair 模板中的 T1，用 int 替换 T2，其余部分原样保留，这样就自动生成了一个新的类。这个类的名字编译器是如何处理的不需要知道，可以认为它的名字就是 Pair <string, int>。也可以说，student 对象的类型就是 Pair<string, int>。  
  
Pair<string, int> 类的成员函数自然也是通过替换 Pair 模板的成员函数中的 T1、T2 得到的。  
  
编译器由类模板生成类的过程叫类模板的实例化。由类模板实例化得到的类叫模板类。

## 函数模板作为类模板成员 ##

类模板中的成员函数还可以是一个函数模板。成员函数模板只有在被调用时才会被实例化。例如下面的程序：

1.  \#include <iostream>
2.  using namespace std;
3.  template <class T>
4.  class A
5.  \{
6.  public:
7.  template <class T2>
8.  void Func(T2 t) \{ cout << t; \} //成员函数模板
9.  \};
10. int main()
11. \{
12. A<int> a;
13. a.Func('K'); //成员函数模板Func被实例化
14. a.Func("hello");
15. return 0;
16. \}

程序的输出结果是：  
Khello

[C]: http://c.biancheng.net/cplus/
[C 1]: http://c.biancheng.net/cplus/operator/
[C 2]: http://c.biancheng.net/view/240.html