C++模板学习02（类模板）（类模板语法、类模板与函数模板的区别、类模板中的成员函数创建时机、类模板对象做函数参数、类模板与继承、类模板成员函数类外实现、类模板分文件编写、类模板与友元）

松定

已于 2023-05-28 14:17:59 修改

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文章标签：学习

于 2023-05-27 20:03:32 首次发布

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本文详细介绍了C++中的类模板，包括基本语法、与函数模板的区别、成员函数创建时机、对象作为函数参数的三种方式，以及类模板与继承、成员函数的类外实现、分文件编写和友元函数的配合使用。此外，还讨论了类模板在实际编程中的应用和注意事项。

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二、类模板

2.1 类模板语法

类模板作用：

建立一个通用类，类中的成员数据类型可以不具体指定，用一个虚拟的类型来代表。

语法：

template<class T>
类

解释：

与之前学过的函数模板类似，template是声明创建模板，class是表明其后面的符号是一种数据类型，T是通用的数据类型，名称可以替换，通常为大写字母。

下面举个实用例子更好理解

template<class nametype,class agetype>
class person
{
public:
    person(nametype name,agetype age)
{
   this->name=name;
   this->age=age;
}
nametype name;
agetype age;
};


int main()
{
person<string,int> p1("lele",20);
return 0;
}

2.2 类模板与函数模板的区别

主要区别有以下两点

类模板没有自动类型推导的使用方式
类模板在模板参数列表中可以有默认参数

第一个区别就不多说了，函数模板里面那个自动类型推导用不了，类模板就和上面的代码person<string,int> p1("lele",20); 这样使用显式指定类型来实例化对象。

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


template<class nametype=string, class agetype=int>
class person
{
public:
    person(nametype name, agetype age)
    {
        this->name = name;
        this->age = age;
    }
    nametype name;
    agetype age;
    void show()
    {
        cout << age << name << endl;
    }
};

int main()
{
    person<> p1("lele", 20);
    p1.show();
    return 0;
}

类模板可以使用默认参数

template<class nametype=string, class agetype=int>

但是在使用类模板的时候还是要声明参数列表的

person<> p1("lele", 20);

2.3 类模板中的成员函数创建时机

普通类中的成员函数一开始就会创建
类模板中的成员函数在调用时才创建

这个就字面意思，就不写代码证明了。

2.4 类模板对象做函数参数

目标：

类模板实例化出的对象，向函数传参的方式

共有三种传入方式：

指定传入的类型---直接显示对象的数据类型
参数模板化---将对象中的参数变为模板进行传递
整个类模板化---将这个对象类型模板化进行传递

2.4.1 指定传入的类型

template<class nametype=string, class agetype=int>
class person
{
public:
    person(nametype name, agetype age)
    {
        this->name = name;
        this->age = age;
    }
    nametype name;
    agetype age;
    void show()
    {
        cout << age << name << endl;
    }
};

//指定传入的类型---直接显示对象的数据类型
void pri(person<> &p)
{
    p.show();
}


void test01()
{
    person<> p1("lele", 20);
    pri(p1);
}

简单来说就是直接传

2.4.2 参数模板化

//参数模板化-- - 将对象中的参数变为模板进行传递
template<class T1,class T2>
void pri2(person<T1,T2> &p1)
{
    p1.show();
    cout << "T1的类型为：" << typeid(T1).name() << endl;
    cout << "T2的类型为：" << typeid(T2).name() << endl;
}

void test02()
{
    person<> p1("lele", 20);
    pri2(p1);
}

第二种方式是又用了一回模板，test02中的参数列表是空的是因为，类模板在定义的时候使用了默认参数，在第二次使用模板的时候编译器为我们自动识别出来T1和T2的数据类型。

如上图，T1识别为string类型，T2为int类型。

2.4.3 整个类模板化

template <class T>
void pri03(T &p)
{
    p.show();
    cout << "T1的类型为：" << typeid(T).name() << endl;
}

void test03()
{
    person<> p1("lele", 20);
    pri03(p1);
}

这个更牛，直接将类给模板了。

这部分的全部源码：

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


template<class nametype=string, class agetype=int>
class person
{
public:
    person(nametype name, agetype age)
    {
        this->name = name;
        this->age = age;
    }
    nametype name;
    agetype age;
    void show()
    {
        cout << age << name << endl;
    }
};

//指定传入的类型---直接显示对象的数据类型
void pri(person<> &p)
{
    p.show();
}


void test01()
{
    person<> p1("lele", 20);
    pri(p1);
}

//参数模板化-- - 将对象中的参数变为模板进行传递
template<class T1,class T2>
void pri2(person<T1,T2> &p1)
{
    p1.show();
    cout << "T1的类型为：" << typeid(T1).name() << endl;
    cout << "T2的类型为：" << typeid(T2).name() << endl;
}

void test02()
{
    person<> p1("lele", 20);
    pri2(p1);
}
//整个类模板化-- - 将这个对象类型 模板化进行传递

template <class T>
void pri03(T &p)
{
    p.show();
    cout << "T1的类型为：" << typeid(T).name() << endl;
}

void test03()
{
    person<> p1("lele", 20);
    pri03(p1);
}

int main()
{
    //test01();
   // test02();
    //test03();
    return 0;
}

总结：

通过类模板创建的对象，可以有三种方式向函数中进行传参
使用比较广泛的是第一种（指定传入的类型）

2.5 类模板与继承

当类模板在继承的时候，需要注意一下几点：

当子类继承的父类是一个类模板时，字类在声明的时候，要指定出父类中T的类型
如果不指定，编译器无法给子类分配内存
如果想灵活指定出父类中的T的类型，子类也需变为类模板

template<class T>
class base
{
T m;
};

class son:public base<int>
{

};

当子类继承模板父类时的语法就是这样用的，告诉编译器参数列表就行了

但是子类中的继承到的父类都是被指定好的，所以如果想灵活指定父类中T类型，子类也需要变类模板。（直接套娃）

template<class T>
class base
{
T m;
};
template <class T1,class T2>
class son2:public base<T2>
{
T1 obj;
};

显然在son2中继承父类的参数给的是T2类型的，son2类内自己用的是T1类型的，然后在后面使用son2时，就可以直接指定这两个类型，比如说：son2<int ,char> s2;

2.6 类模板成员函数类外实现

学习目标：掌握类模板中的成员函数类外实现

直接举个例子：

//构造函数类外实现
template<class T1,class T2>
person<T1,T2>::person(T1 name,T2 age)
{
this->name=name;
this->age=age;
}

要点：

template<class T1,class T2>

这一句是告诉编译器下面这个函数我要用模板啦！

2.person<T1,T2>::person(T1 name,T2 age)中的<T1,T2>

是告诉编译器这个函数是模板类里的函数。

上面这两点缺一不可。

注意事项：

在之前写的模板类的时候

用的是类模板的默认参数。

但是在后面如要在类外对成员函数进行书写的时候，就不可以使用默认参数了

template<class nametype = string, class agetype = int>
void person<nametype,agetype>::show()
{
    cout << age << name << endl;
}

以show函数为代表，不能在类外部的类模板成员声明上指定默认模板参数

2.7 类模板分文件编写

问题：类模板中的成员函数是在调用的时候才会创建出来，分文件编写时链接不到

解决办法：

直接包含.cpp源文件
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

下面是原本都在一个源文件中代码：

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


template<class nametype=string, class agetype=int>
class person
{
public:
    person(nametype name, agetype age);
  
    nametype name;
    agetype age;
    void show();
    
};

template<class nametype , class agetype >
void person<nametype,agetype>::show()
{
    cout << age << name << endl;
}

template<class nametype, class agetype >
person<nametype, agetype>::person(nametype name, agetype age)
{
    this->name = name;
    this->age = age;
}

int main()
{
    person<> p("lele", 20);
    p.show();
    return 0;
}

现在进行分文件编写：

person.h中写类的定义以及成员函数声明

#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
template<class nametype = string, class agetype = int>
class person
{
public:
    person(nametype name, agetype age);

    nametype name;
    agetype age;
    void show();

};

person.cpp 中写类外函数的实现

#include"person.h"

template<class nametype, class agetype >
void person<nametype, agetype>::show()
{
    cout << age << name << endl;
}

template<class nametype, class agetype >
person<nametype, agetype>::person(nametype name, agetype age)
{
    this->name = name;
    this->age = age;
}

源.cpp中写主函数

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
#include"person.cpp"


int main()
{
    person<> p("lele", 20);
    p.show();
    return 0;
}

但是关键就是在源.cpp中包含的是#include"person.cpp"而不是#include"person.h"

原因：

这是因为模板类的成员函数是在调用的时候才会创造的，如果包含的是#include"person.h"那些成员函数在编译器执行的时候根本就不会去创造函数，并且就不会见到person.cpp中写的函数实现

我们这个时候直接包含person.cpp就可以让编译器直接先看到函数主体，person.cpp中又有person.h的声明头文件，编译器就也会看到，这样就可以正常执行了

以上是第一种解决方法，这种方法并不常用，写代码一般很少直接包含.cpp的文件

第二种解决办法就是直接将.h和.cpp的内容写到一起，然后将后缀名改为.hpp文件

就不具体给代码了

头文件里面把函数的声明和实现都放在里面，重命名为.hpp后缀名的文件

在源文件中包含的时候用#include"person.hpp"即可

2.8 类模板与友元

学习目标：

掌握类模板配合友元函数的类内和类外实现

全局函数类内实现-直接在类内声明友元即可

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

首先是全局函数在类内实现

template<class nametype=string, class agetype=int>
class person
{
public:
    person(nametype name, agetype age);
   friend void show(person<nametype,agetype> p)
    {
        cout << p.name << p.age << endl;
    }//全局函数类内实现
private:
    nametype name;
    agetype age;
};

（在类里面的不是成员函数吗？？？其实当加上friend那个关键字以后show函数就已经变成全局函数了，没有friend的时候就是成员函数没有问题）

类外实现：

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

//提前让编译器知道person类存在
template<class nametype = string, class agetype = int>
class person;


template<class nametype, class agetype >
void show(person<nametype, agetype> p)
{
    cout << p.name << p.age << endl;
}//全局函数类外实现
template<class nametype, class agetype>
class person
{
public:
    person(nametype name, agetype age);
    //如果全局函数 是类外实现 需要让编译器提前知道这个函数的存在
    friend void show<>(person<nametype, agetype> p);

private:
    nametype name;
    agetype age;
    
    
};


template<class nametype, class agetype >
person<nametype, agetype>::person(nametype name, agetype age)
{
    this->name = name;
    this->age = age;
}

int main()
{
    person<> p("lele", 20);
    show(p);
    return 0;
}