类模板剖析

最新推荐文章于 2025-03-01 17:29:25 发布

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本文探讨了类模板中成员函数的调用时机，指出成员函数并非一开始就创建，而是在实例化对象并调用时才确定。通过代码示例展示了类模板实例化时如何调用不同类的成员函数，并解释了由此导致的分文件编写时可能出现的链接错误。解决方案是将模板类的声明和实现放在同一个头文件中，或者在需要使用的地方直接包含实现文件。

类模板中成员函数的调用时机

类模板是对一批仅仅成员数据类型不同的类的抽象，基本的概念性东西本章就不再赘述。本章主要探究一下类模板中的成员函数调用时机，下来看一下代码案例。
#include <iostream>
using namespace std;

class Person1
{
public:
    void showPerson1(){ cout << "show person1" << endl;};
};

class Person2
{
public:
    void showPerson2(){ cout << "show person2" << endl;};
};

// 定义自己的类模板
template <class T>
class Myclass
{
public:
    // 类模板中的成员函数
    void func1(){ obj_p.showPerson1();};
    void func2(){ obj_p.showPerson2();};
	
private:
    T obj_p;
};

int main()
{
    return 0;
}
上述代码中的main函数中直接返回；我们编译一下如下图：

上述代码编译不会报错。但上述代码中类模板的成员函数中的成员变量obj_p调用了Person1类的成员函数,也调用了Person2类的成员函数，这说明类模板的成员函数在编译时没有调用到成员函数。

接下来我们进一步测试，将main函数改为如下：
int main()
{
    Myclass<Person1> p1;
    p1.func1();
    p1.func2();
    
    return 0;
}
函数编译结果如下：

上述结果报错的原因是因为Person1类中没有showPerson2的函数。

上述两个结果进一步证明：编译器在编译程序时，对于模板类中的成员变量的类型不确定，因此也就不会检测类模板中的成员函数，当类模板实例化一个对象时，此时该对象的成员变量的类型已确定，在调用对应的成员函数时编译器会确定是否合法。

我们进一步将main函数改成如下：
int main()
{
    Myclass<Person1> p1;
    p1.func1();
    Myclass<Person2> p2;
    p2.func2();
	
    return 0;
}
函数编译结果如下：

对上述测试结果的总结：类模板中的成员函数并不是一开始就创建的，在调用时才去创建。

类模板分文件编写

由于上述章节我们知道，类模板中的函数只有在调用时才去创建，这样会导致分文件编写链接不到。接下来举个案例。

如下main.cpp代码:
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

template<class T1, class T2>
class Person
{
public:
	Person(T1 name, T2 age);
	void showPerson();
	
private:
	T1 m_name;
	T2 m_age;
};

template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age)
{
	this->m_name = name;
	this->m_age	 = age;
}

template<class T1, class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson()
{
	cout << "name:" << this->m_name << ", age:" << this->m_age << endl;
}

int main()
{
	Person<string, int> p1("lijd", 18);
	p1.showPerson();
	
    return 0;
}
上述程序编译、运行都没问题，结果如下：

将上述代码分文件编写后，代码结构如下：
// 文件名为person.h

#ifndef _PERSON_H_INCLUDED
#define _PERSON_H_INCLUDED

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

template<class T1, class T2>
class Person
{
public:
    Person(T1 name, T2 age);
    void showPerson();
	
private:
    T1 m_name;
    T2 m_age;
};

#endif // _PERSON_H_INCLUDED
// 文件名为person.cpp

#include "person.h"

template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age)
{
    this->m_name = name;
    this->m_age	 = age;
}

template<class T1, class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson()
{
    cout << "name:" << this->m_name << ", age:" << this->m_age << endl;
}
// 文件名为main.cpp

#include "person.h"

int main()
{
    // Person<string, int> p1("lijd", 18);
    // p1.showPerson();
	
    return 0;
}
尝试编译结果如下：

分析结果：这是因为上面所说的类模板中的成员函数并不是一开始就创建的，在调用时才去创建。由于main.cpp文件只包含person.h，并没有包含person.cpp,当编译器调用时没有找到函数实现而报错。

解决这种错误的方法有两种：1、直接在文件引用person.cpp，这种方法可以解决，但一般不这样写。2、将person.h中的声明跟person.cpp中的实现全部写在person.hpp中，main函数只要包含person.hpp就可以了，一般默认为hpp文件就是一个类模板文件。

修改后的代码如下：
// 文件名为person.hpp

#ifndef _PERSON_HPP_INCLUDED
#define _PERSON_HPP_INCLUDED

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

template<class T1, class T2>
class Person
{
public:
	Person(T1 name, T2 age);
	void showPerson();
	
private:
	T1 m_name;
	T2 m_age;
};

template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age)
{
	this->m_name = name;
	this->m_age	 = age;
}

template<class T1, class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson()
{
	cout << "name:" << this->m_name << ", age:" << this->m_age << endl;
}

#endif // _PERSON_HPP_INCLUDED
// 文件名为main.cpp

#include "person.hpp"

int main()
{
    Person<string, int> p1("lijd", 18);
    p1.showPerson();
	
    return 0;
}
程序执行及运行结果如下：