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  • C++中的函数模板

    我们在定义函数时,可以通过定义函数模板,来简化一些功能相同而数据类型不同的函数的定义和调用过程。

    C++中的函数模板

    对于类的声明来说,也有同样的问题。有时,有两个或多个类,其功能是相同的,仅仅是数据类型不同,如下面语句声明了一个类:

    class Compare_int
    {
    	public:
    		Compare(int a,int b)
    		{
    			x=a;
    			y=b;
    		} 
    		int max()
    		{
    			return (x>y)?x:y;
    		}
    		int min()
    		{
    			return (x<y)?x:y;
    		}
    	private:
    		int x,y;
    };
    


    其作用是对两个整数作比较,可以通过调用函数成员max和min得到两个整数中的大者和小者。

    如果想对两个浮点数(float型)做比较,另外在声明一个类:

    class Compare_float
    {
    	public:
    		Compare(float a,float b)
    		{
    			x=a;
    			y=b;
    		} 
    		float max()
    		{
    			return (x>y)?x:y;
    		}
    		float min()
    		{
    			return (x<y)?x:y;
    		}
    	private:
    		float x,y;
    };


    显然这基本上是重复性的工作,应该有办法减少重复型的工作。C++中的类模板就是为了这类问题而增加的。

    可以声明一个通用的类模板,它可以有一个或者多个虚函数的类型参数,

    class Compare
    {
    	public:
    		Compare(T a,T b)
    		{
    			x=a;
    			y=b;
    		}
    		T max()
    		{
    			return(x>y)?x:y;
    		}
    		T min()
    		{
    			return(x<y)?x:y;
    		}
    	private:
    		T x,y;
    }; 


    将此类模板和前面第一个Compare_int类作比较,可以看到有两处不同:

    (1)

    声明类模板时要增加一行,template<class 类型参数名>

    template的意思是“模板”,是声明类模板时必须写的关键字。在template后面的尖括号内的内容是模板的参数表列,关键字class表示其后面的是类型参数。本例中,T就是一个类型参数名,这个名字是任意取的,只要是合法的标识符即可。

    T并不是一个已存在的实际类型名,它只是一个虚拟类型参数名,在以后将被一个实际的类型名取代。

    (2)

    原有的类型名int换成虚拟类型参数名T。在建立类对象时,如果将实际类型指定为int型,编译系统就会用int取代所有的T,如果指定为float型,就用float取代所有的T。这样就能实现“一类多用”。


    由于类模板包含类型参数,因此又称为参数化的类。如果说类是对象的抽象,对象是类的实例,则类模板时类的抽象,类是类模板的实例。利用类模板可以建立含各种数据类型的类。

    那么,我们声明了一个类模板后,怎样使用它呢?

    用类定义对象的一般方法:

    Compare_int cmp1(4,7);       //Compare_int是已声明的类

    其作用是建立一个Compare_int类的对象cmp1,将实参4和7分别赋给形参a和b,作为进行比较的两个整数。

    用类模板定义对象的方法与此类似,但是不能直接写成

    Compare cmp(4,7);               //Compare是类模板名

    Compare是类模板名,而不是一个具体的类,类模板体中的类型T并不是一个实际的类型,只是一个虚拟的类型,无法用它去定义对象。必须用实际类型名去取代虚拟的类型,具体做法是:

    Compare <int> cmp1(4,7);

    即在类模板名之后在尖括号内指定实际的类型名,在进行编译时,编译系统就用int取代类模板中的类型参数T,这样就把类模板具体化了,或者说实例化了。

    这时Compare <int>就相当于前面介绍的Compare_int类。

    ====================示例代码1.1====================

    声明一个类模板,利用它分别实现两个整数、浮点数、和字符的比较,求出大数和小数

    #include<iostream>
    using namespace std;
    template<class T>			//声明一个类模板,虚拟类型名为T
    class Compare
    {
    	public:
    		Compare(T a,T b)
    		{
    			x=a;
    			y=b;
    		}
    		T max()
    		{
    			return(x>y)?x:y;
    		}
    		T min()
    		{
    			return(x<y)?x:y;
    		}
    	private:
    		T x,y;
    }; 
    int main()
    {
    	Compare <int> cmp1(3,7);		//定义对象cmp1,用于两个整数的比较
    	cout<<"Max : "<<cmp1.max()<<endl;
    	cout<<"Min : "<<cmp1.min()<<endl<<endl;
     	Compare <float> cmp2(45.89,88.76);//定义对象cmp2,用于两个浮点数的比较
    	cout<<"Max : "<<cmp2.max()<<endl;
    	cout<<"Min : "<<cmp2.min()<<endl;
    	Compare <char> cmp3('a','A');	//定义对象cmp3,用于两个字符的比较
    	cout<<"Max : "<<cmp3.max()<<endl;
    	cout<<"Min : "<<cmp3.min()<<endl;
    	return 0; 
    }
    


    运行结果:

    还有一个问题要说明:上面列出的类模板中的成员函数是在类模板内定义的。

    如果改为在类模板外定义,不能用一般定义类成员函数的形式:

    T compare::max(){....}             //不能这样定义类模板中的成员函数

    而应当写成类模板的形式:

    template<class T>
    T Compare <T> ::max()
    {
        return(x>y)?x:y;
    }

    第一行声明类模板,第二行左端的T是虚拟类型名,后面的Compare<T>是一个整体,是带参数的类。表示所定义的 max函数是在类Compare<T>的作用域内的。

    在定义对象时,用户当然要指定实际的类型(图int),进行编译时就会将类模板中的虚拟类型名T全部用实际的类型代替。这样Compare<T>就相当于一个实际的类。

    归纳一下使用时要注意的问题:

    (1)在类声明前面加入一行,格式为

    template<class 虚拟类型参数>

    如:

    template<class T>			//注意本行末尾没有分号
    class Compare
    {
    ……
    }


    (2)用类模板定义对象时用以下形式:

    类模板名 <实际类型名> 对象名;

    类模板名 <实际类型名> 对象名(实参列表);

    如:

    Compare <float> cmp2(45.89,88.76);//定义对象cmp2,用于两个浮点数的比较

    (3)如果在类模板外定义成员函数,应写成类模板形式:

    template <class  虚拟类型参数>

    函数类型    类模板名 <虚拟类型参数>::成员函数名(函数形参表列){……}

    (4)类模板的类型参数可以有一个或者多个,每个类型前面都必须加class,如:

    template <class T1,class T2>
    class someclass
    {……};

    在定义对象时,分别带入实际的类型名,如

    someclass<int,double> obj;


    (5)和使用类一样,使用类模板时要注意其作用域,只能在其有效作用域内用它定义对象。

    如果类模板是在A文件开头定义的,则A文件范围内为有效作用域,可以在其中的任何地方使用类模板,但不能在B文件中使用类模板定义对象。

    (6)模板可以有层次,一个类模板可以作为基类,派生出派生类。


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