C++ 编程基础（8）模版 | 8.3、类模版

前言：

这里是引用

一、类模版

1、定义

类模板的定义以template关键字开始，后面跟着一个模板参数列表（用尖括号< >包围）。模板参数列表可以包含类型参数（使用typename或class关键字声明）和非类型参数（如整数常量）。例如：

#include <iostream>

// 定义一个类模板
template <typename T>
class MyClass {
private:
    T data;
public:
    MyClass(T value) : data(value) {}
    T getData() const { return data; }
    void setData(T value) { data = value; }
};

int main() {
    // 实例化模板为 int 类型
    MyClass<int> intObj(10);
    std::cout << "Integer Value: " << intObj.getData() << std::endl;

    // 实例化模板为 double 类型
    MyClass<double> doubleObj(3.14);
    std::cout << "Double Value: " << doubleObj.getData() << std::endl;

    return 0;
}

2、模板参数

类模板的模板参数可以是类型参数（如typename T）或非类型参数（如int Size）。类型参数允许类模板与多种数据类型一起工作，而非类型参数则允许类模板接受如整数常量这样的值。例如：定义Array模版，参数有类型参数与非类型参数。

#include <iostream>

template <typename T, int N>
class Array {
private:
    T data[N];
public:
    Array(); // 默认构造函数
    T& operator[](int index); // 下标操作符重载
};

// 在类模板外部定义默认构造函数和下标操作符重载
template <typename T, int N>
Array<T, N>::Array() {
    for (int i = 0; i < N; ++i) {
        data[i] = T();
    }
}

template <typename T, int N>
T& Array<T, N>::operator[](int index) {
    return data[index];
}

int main() {
    Array<int, 5> array; // 创建一个包含5个整数的数组
    array[0] = 10;
    array[1] = 20;
    std::cout << "First element: " << array[0] << std::endl;
    std::cout << "Second element: " << array[1] << std::endl;

    return 0;
}

3、模版的实例化

当使用类模板创建对象时，编译器会根据提供的模板参数类型生成相应的类定义。这个过程称为模板实例化。类模版的实例化与函数模版类似。

4、模版的特化

为特定的类型提供专门的实现，这时可以使用模板特化。模板特化可以是部分特化或完全特化。例如：

#include <iostream>

// 通用模板
template <typename T>
class Print {
public:
    void show(T value) {
        std::cout << "Generic Value: " << value << std::endl;
    }
};

// 完全特化为 int 类型
template <>
class Print<int> {
public:
    void show(int value) {
        std::cout << "Integer Value: " << value << std::endl;
    }
};

// 完全特化为 double 类型
template <>
class Print<double> {
public:
    void show(double value) {
        std::cout << "Double Value: " << value << stdendl;
    }
};

int main() {
    Print<int> intPrinter;
    Print<double> doublePrinter;
    Print<char> charPrinter;

    intPrinter.show(10);     // 输出 Integer Value: 10
    doublePrinter.show(3.14); // 输出 Double Value: 3.14
    charPrinter.show('A');    // 输出 Generic Value: A

    return 0;
}

5、模版成员函数

类模板的成员函数可以在类模板内部定义，也可以在类模板外部定义。如果在类模板外部定义成员函数，需要指定模板参数。例如：

#include <iostream>

template <typename T>
class MyClass {
private:
    T data;
public:
    MyClass(T value) : data(value) {}
    T getData() const; // 声明成员函数
    void setData(T value); // 声明成员函数
};

// 在类模板外部定义成员函数
template <typename T>
T MyClass<T>::getData() const {
    return data;
}

template <typename T>
void MyClass<T>::setData(T value) {
    data = value;
}

int main() {
    MyClass<int> intObj(10);
    std::cout << "Integer Value: " << intObj.getData() << std::endl;

    MyClass<double> doubleObj(3.14);
    std::cout << "Double Value: " << doubleObj.getData() << std::endl;

    return 0;
}

6、总结

C++的类模板是创建通用类的强大工具，它允许程序员编写与数据类型无关的代码，从而提高代码的重用性和可维护性。通过理解类模板的基本语法、成员函数定义、非类型模板参数以及模板特化，你可以更好地利用C++的模板功能来构建高效、灵活和可扩展的软件系统。