C++类模板

一、类模板

1、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。

2、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

二、类模板和函数模板的区别

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

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int maxn = 1e5 + 5;
//类模板
template <class NameType=string, 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<> 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;
}

三、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：

1、普通类中的成员函数一开始就可以创建

2、类模板中的成员函数在调用时才创建

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int maxn = 1e5 + 5;
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;
}

四、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

一般使用第一种方式，因为比较简易

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();
}

其他两种：

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int maxn = 1e5 + 5;
//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;
}

五、类模板与继承

当类模板碰到继承时，需要注意一下几点：

1、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

2、如果不指定，编译器无法给子类分配内存

3、如果想灵活指定出父类中T的类型，子类也需变为类模板

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int maxn = 1e5 + 5;
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;
}

六、类模板成员函数类外实现

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int maxn = 1e5 + 5;
//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;
}

七、类模板分文件编写

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：

1、直接包含.cpp源文件

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

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;
}

类模板分文件编写.cpp中代码

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
#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;
}

八、类模板与友元

1、全局函数类内实现 - 直接在类内声明友元即可（这个实现起来简单）

2、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

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
//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;
}