C++ 类模板

目录

前言

类模板语法

类模板和函数模板的区别

类模板没有自动类型推导的使用方式

类模板在模板参数列表中可以有默认参数

类模板中成员函数创建时机

类模板对象做函数参数

指定传入的类型

参数模板化

整个类模板化

类模板与继承

类模板成员函数类外实现

类模板分文件编写

问题

解决

Demo 

person.hpp

person.cpp 

类模板与友元

全局函数配合友元   类内实现

全局函数配合友元  类外实现

数组类封装

myArray.hpp

myArray.cpp

---

 

前言

C++中的类模板允许您创建可以适用于多个类型的通用类。类模板是一种将类型参数化的方法，可以根据需要实例化为具体类型的类。

类模板语法

        template<typename T>

        类

•     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
• 模板参数列表可以包含一个或多个类型参数，用逗号分隔。
• 在类模板定义中，可以使用模板参数作为类成员、函数参数、局部变量的类型等。
• 类模板的定义通常放在头文件中。

//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();return 0;
}

类模板和函数模板的区别

类模板没有自动类型推导的使用方式

#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); // name: 孙悟空 age: 1000 必须使用显示指定类型的方式，使用类模板 p.showPerson();
}int main() {test01();return 0;
}

类模板在模板参数列表中可以有默认参数

#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;
};//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); // name: 猪八戒 age : 999 类模板中的模板参数列表 可以指定默认参数p.showPerson();
}int main() {test02();return 0;
}

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

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(); // Person1 show//m.fun2(); // 编译会出错，说明函数调用才会去创建成员函数class MyClass<Person2> M;M.fun2(); // Person2 show 正确}int main() {test01();return 0;
}

类模板对象做函数参数

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

指定传入的类型

#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(class Person<string, int> &p) // class可加可不加
{p.showPerson(); // 孙悟空 100
}
void test01()
{class Person <string, int >p("孙悟空", 100);printPerson1(p);
}int main() {test01();return 0;
}

参数模板化

#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;
};//2、参数模板化
template <class T1, class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2>&p)
{p.showPerson(); // 猪八戒 90cout << "T1的类型为： " << typeid(T1).name() << endl; // typeid(T).name 获取泛型类型cout << "T2的类型为： " << typeid(T2).name() << endl;
}
void test02()
{class Person <string, int >p("猪八戒", 90);printPerson2(p);
}int main() {test02();return 0;
}

整个类模板化

#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;
};//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(); // 唐僧 30}
void test03()
{Person <string, int >p("唐僧", 30);printPerson3(p);
}int main() {test03();return 0;
}

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

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，这样的话父类的模板泛型其实也没有了意义，见下方改进
{
};
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; // intcout << typeid(T2).name() << endl; // char}T1 demo;
};void test02()
{Son2<int, char> child1; // int给了 儿子类的demo成员，char给了父类的T2泛型所执行的成员或变量
}int main() {test01();test02();return 0;
}

类模板成员函数类外实现

类模板中成员函数类外实现时，需要加上模板参数列表 

//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;
};// 类模板的构造函数 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;
}// 类模板的成员函数 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();return 0;
}

类模板分文件编写

问题

类模板的声明和实现分开存放于.h .cpp中，会导致分文件编写时链接不到，因为类模板中成员函数创建时机是在调用阶段，

解决

将类模板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 

Demo 

person.hpp

#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; // 在这里哦
}

person.cpp 

#include <iostream>
using namespace std;
// 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(); // 姓名: Tom 年龄:10
}int main() {test01();return 0;
}

类模板与友元

全局函数配合友元   类内实现

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;}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()
{class Person <string, int >p("Tom", 20);printPerson(p);
}int main() {test01(); // 姓名： Tom 年龄：20return 0;
}

全局函数配合友元  类外实现

//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
{// 2.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;};//2、全局函数在类外实现
void test02()
{Person <string, int >p("Jerry", 30);printPerson2(p);
}int main() {test02();return 0;
}

数组类封装

myArray.hpp

#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
};
};

myArray.cpp

#include <iostream>
using namespace std;
#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();return 0;
}