泛型编程之——类模板(一)
发布于 2021-10-11 22:15
上一节，学习了函数模板，对泛型编程也有了一个大体的印象，接下来学习一下类模板。类模板内容较多，根据内容，分两节去学习类模板的使用。这一节主要将类模板的声明、定义以及主要的用法；下一节将会从类模板的成员入手，讲解类模板成员的相关用法。由外到内，让你彻底明白类模板。
类模板
类模板是用来生成类的模具。类似函数模板，类模板以关键字template开始，后面跟模板参数列表。下面看一段比较简单的代码：
using namespace std;template <typename T1, typename 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;}
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。
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。
template <typename T> class Blob {public:typedef T value_type;typedef typename std::vector<T>::size_type size_type;// 构造函数Blob();Blob(std::initializer_list<T> il);// Blob中的元素数目size_type size() const {return data->size();}bool empty() const {return data->empty();}// 添加和删除元素void push_back(const T &t){data->push_back(t);}// 移动版本void push_back(T &&t) {data->push_back(std::move(t));}void pop_back();// 元素访问T& back();T& operator[](size_type i);private:std::shared_ptr<std::vector<T>> data;void check(size_type i, const std::string &msg) const;};
在这个Blob模板中有一个名为T的模板类型参数，用来表示Blob保存元素的类型。
实例化类模板
为了使用上面定义好的Blob模板，必须提供元素类型：
Blob<int> ia; //空Blob<int>Blob<int> ia2 = {0,1,2,3,4}; //有5个元素的Blob<int>
ia和ia2使用相同的特定类型版本的Blob(即Blob<int>)。从这两个定义中，编译器会实例化出一个与下面定义等价的类：
template <> class Blob<int> {typedef typename std::vector<int>::size_type size_type;Blob();Blob(std::initializer_list<int> il);//...int& operator[](size_type i);private:std::shared_ptr<std::vector<int>> data;void check(size_type i, const std::string &msg) const;};
模板参数
类模板参数和函数模板参数一样，都没有内在含义，可以起任何名字，比如将上述例子中的T换成FOO。
1、模板参数作用域
其参数作用域遵循普通的作用域规则，模板参数名的可用范围是在其声明之后，一直到模板声明或定义结束。内层模板参数会隐藏外层作用域中声明的相同名字。还有一点需要注意的是，模板内不能重复使用模板参数名，下面这个例子很好的展示了这些用法：
typedef double A;template <typename A, typename B> void f(A a, B b){A tmp = a; //tmp的类型为模板参数A的类型，而非doubledouble B; //错误：重复声明模板参数B}
tmp的类型是使用f时绑定到类型参数A的类型，而不是typedef中的double 类型。
2、模板声明
在模板声明中的模板参数名字不必与定义中的相同：
//模板声明template<typename T> T calc(const T&, const T&);//模板定义template<tyepname Type> Type calc(const Type& a, const Type& b){/*...*/}
3、使用类的类型成员
当我们希望使用一个模板类型参数的类型成员，需要使用关键typename来显示地告诉编译器。因为c++中通过作用域运算符访问的名字默认不是类型。
template <typename T>typename T::value_type top(const T& c){if(!c.empty())return c.back();elsereturn typename T::value_type();}
top函数需要一个value_type的返回值，当c中没有元素时，会生成一个值初始化的元素返回给调用者。
4、默认模板实参
template <class T = int> class Numbers{ //T默认为intpublic:Numbers(T v = 0) : val(v){}private:T val;};
Numbers<long double> lots_of_precision;Numbers<> average_precision;
average_precision是用int代替T实例化得到的；lots_of_precision是用long double代替T实例化得到的。并且在使用类模板的时候，在模板名之后必须接上尖括号，尖括号表示类必须从一个模板实例化而来。当一个类模板的所有模板参数都提供了默认实参，并且都只需要使用默认值时，后面的尖括号就变成了空尖括号对。
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