跟我学c++中级篇——模板的继承

一、继承

面向对象编程有三个特点：封装、继承和多态。其中继承在其中起着承上启下的作用。一般来说，继承现在和组合的应用比较难区分，出于各种场景和目的，往往各有千秋。但目前主流的观点，一般是如果没有特殊情况，比如需要处理数据的访问权限、重新实现功能（多态），都是推荐使用组合的。继承一个是复杂另外一个不灵活。人类更擅长的是组件拼装，而不是重新造组件。同时，组合更适合开发设计原则，比如开闭原则、单一职责等等，好像只有一个里氏替换不合适。
但是在有些时候儿，继承还是必须要用的，那么今天重点谈一下，在模板中如何使用继承。

二、模板继承及方式

模板的继承一如普通类的继承，形式是基本相同的，可能有些实现上看上去比较复杂。在模板开发的继承中一般有四种形式的继承方式（以父子类来描述继承，不指明的为普通类）即：
1、父类为模板
类似于：

template <typename T> 
class Base {
};
class Derived:public Base<int>{
};

这里面有一个前文提到的CRTP模式：

template <class T>
class Base
{// 基类方法可以通过模板继承的方式来访问继承类的成员
};
class Derived : public Base<Derived>
{
};

2、子类为模板

class Base {
};
template <typename T> 
class Derived:public Base{
};

3、父子类均为模板
此种情况又有两种形式：

//第一种实例化父类模板参数
template <typename T>
class Base {
};
template <typename T> 
class Derived:public Base<int>{
};
//第二种非实例化父类模板参数
class Base {
};
template <typename T> 
class Derived:public Base<T>{
};

4、父类的模板参数被继承

template <typename T> 
class Base {
};
class Derived:public T{
};

此处没有谈多继承，这个在编程时尽量避免。有兴趣可以自己搞一下。在父子类继承中，如果父类是模板，会出现在子类中访问父类变量无法直接访问的现象。需要使用父类的类名限制（ Base ::basemember_;）或者直接在变量前加this进行访问。
原因是：继承的模板要进行两次编译，每一次只处理和本身的数据相关，也就是说只管自己的地盘，什么 父类模板参数啥的都暂时忽略；第二步，再处理上面没有处理的模板参数部分。所以此时直接访问父类继承过来的变量和函数会找不到报错，重要的要使用某种方式把这部分延期到第二步编译，那么就没有什么 问题了。方法就是上面的两种方式，这样编译器就明白这些不是本身模板的内容就放到第二步处理。
另外一个选择继承这里也没有说明，什么 意思呢？就是模板参数有N个，但父类模板只用其中的<N个，比如有子类有三个模板参数，父类只用了其中两个或者一个，其它的为子类自用。这种其实上面的组合方式，不再赘述，但是下面会给出例子。

三、例程：

下面看一个例程：

#include <iostream>
namespace TT {//========================父类为模板=========================================
template <typename T> class BaseT {
public:BaseT() = default;BaseT(int a) : d_(a) {std::cout << "call template Parent class BaseT" << std::endl;}~BaseT() {}protected:int d_ = 0;
};
class Derived : public BaseT<int> {
public:// Derived() = default;Derived(int a) : BaseT<int>(a) {std::cout << "call derived sub class no template!" << std::endl;std::cout << " Parent class Base d_:" << d_ << std::endl;}Derived() : BaseT<int>(10) {std::cout << "call derived sub class no template 10!" << std::endl;std::cout << " Parent class Base d_:" << d_ << std::endl;}~Derived() {}
};
//=========================子类为模板========================================
class Base {
public:Base() = default;Base(int a) : d_(a) { std::cout << "call  Parent class Base" << std::endl; }~Base() {}protected:int d_ = 0;
};
template <typename T> class DerivedT : public Base {
public:DerivedT(){};DerivedT(int a) : Base(a) {std::cout << "sub template class call Parent class Base" << std::endl;std::cout << " Parent class Base d_:" << d_ << std::endl;}~DerivedT() {}
};
//=======================父子均为模板但父类特化===============================
template <typename TT> class DerivedTTa : public BaseT<int> {
public:DerivedTTa() {std::cout << "sub a template class call init Parent template class BaseT"<< std::endl;}DerivedTTa(int a) : BaseT(a), d_(a) {std::cout << "sub a template class call init Parent template class BaseT"<< std::endl;std::cout << " Parent class Base d_:" << d_ << std::endl;}~DerivedTTa() {}protected:TT d_ = 0;
};
//=====================父子均为模板但父类未特化===============================
template <typename TT> class DerivedTTb : public BaseT<TT> {
public:DerivedTTb() {}DerivedTTb(TT a) : BaseT<TT>(a) {std::cout << "sub b template class call Parent template class BaseT"<< std::endl;std::cout << " Parent class BaseT d_:" << this->d_ << " " << BaseT<TT>::d_<< std::endl;}~DerivedTTb() {}
};
//=====================继承模板参数========================================
template <typename T> class DerivedP : public T {
public:DerivedP() {std::cout << "template class inherit template class Parameter" << std::endl;}DerivedP(int a) : T(a) {std::cout << "template class inherit template class Parameter" << std::endl;std::cout << "parameter a is:" << a << std::endl;}~DerivedP() {}
};
//====================选择继承============================================
template <typename T, typename N, typename P>
class DerivedPM : public BaseT<N> {
public:DerivedPM() {std::cout << "template class call template Mult class Parameter"<< std::endl;};DerivedPM(T t, N n, P p) : BaseT<N>(n), t_(t), n_(n), p_(p) {std::cout << "template class call template Mult class Parameter"<< std::endl;std::cout << "parameter t,n,p is:" << t << " " << n << " " << p<< std::endl;std::cout << "parameter d_ is:" << this->d_ << std::endl;}protected:T t_;N n_;P p_;
};
} int main() {TT::Derived td;TT::Derived td1(10);TT::Derived dd;TT::DerivedT<int> tdt;TT::DerivedT<int> tdt1(10);TT::DerivedTTa<int> tdta;TT::DerivedTTa<int> tdta1(10);TT::DerivedTTb<int> tdtb;TT::DerivedTTb<int> tdtb1(10);TT::DerivedP<TT::Base> tdp;TT::DerivedP<TT::BaseT<TT::Base>> tdpbb;TT::DerivedPM<int, int, int> tddpm;TT::DerivedPM<int, int, int> tddpm1(1, 2, 3);return 0;
}

例程不难，关键看模板继承模板中那个父类d_如何访问，有的为什么要加this(或Base:😃，有的为什么不加，模板一但特化，便和普通类一致，不需要this。仔细想一下，就会越来越明白。那个CRTP的在前文有专门的分析说明，此处不再举例。有兴趣可以 翻一下前面的例程

四、总结

模板不管用得多少 ，总会遇到一些很古怪的错误，但这些错误其实是编译器不友好，或者说模板比较复杂导致编译无法特别准确的提供一些信息造成的。所以重点还是要把模板的基础知识学清楚，一点点的推导出来，再配合相关的错误信息，就可以较快的解决问题。
网上还有先写非模板代码然后 再用模板代码改写的。这样也是一个不错的方法，虽然有点费事儿，但只要用在复杂的情况下就好了。重点在于不断的反复的把模板的知识对照着代码编写，熟悉后自然就渐渐明白道理，再写就逐渐顺手多了。