一,类模板
1.1,什么是类模板?
继承与包含并不总是能解决重用代码的需要。例如,Stack类与Queue类都是容器类,容器类设计用来存储其他对象或数据类型。可以定义专门用于存储double值或string对象的Stack类,除了保存的对象类型不同外,这两种Stack类的代码是相同的。然而,与其编写新的类声明,不如编写一个泛型(即独立于类型的)栈。然后将具体的类型作为参数传递给这个栈,这样就可以使用通用的代码生成存储不同数据类型的栈。模板提供参数化类型,即能将类型名作为参数传递给接收方法来建立类或函数。
1.2,定义类模板
template <typename Type>
class Queue{
private:
struct Node{
Type item;
struct Node *next;
};
Node *first;
Node *rear;
int queue_size;
public:
Queue();
~Queue();
bool isEmpty() const;
bool push(const Type);
bool pop();
bool getFront(const Type &);
int queueSize() const;
};
关键字template告诉编译器,将要定义一个模板,尖括号中的内容相当于函数的参数列表。上面声明的模板不是类与成员函数定义,它们是C++编译器指令,说明了如何生成类和成员函数定义。模板的具体实现(如用来处理string对象的栈类),被称为实例化或具体化。不能将模板成员函数放在独立的实现文件中。由于模板不是函数,它们不能单独编译,模板必须与特定的模板实例化请求一起使用。
1.3,使用类模板
仅在程序中包含模板并不能生成模板类,而必须请求实例化。
Queue<int> qu1;
Queue<double> qu2;
看到上述声明之后,编译器将按Queue模板来生成两个独立的类声明和两组独立的类方法。
注意:
必须显示的提供所需的类型,这与常规的函数模板是不同的,因为编译器可以根据函数的参数类型来确定要生成哪种函数。
1.4,模板与非类型参数
template <typename Type, int n>
class ArrayTP{
private:
Type ar[n];
public:
ArrayTP(){};
ArrayTP(Type &v){
for(int i = 0; i < n; i ++){
ar[i] = v;
}
}
void show(){
for(int i = 0; i < n; i ++){
cout<<ar[i]<<" ";
}
cout<<endl;
}
};
假设有下面的声明
ArrayTP<int, 10> ar(num);
这导致编译器定义名为
ArrayTP<int, 10>
的类,并创建一个类型为ArrayTP<int, 10>
的ar对象。上面的模板声明中,int指出n的类型为int,这是一个非类型参数。上面使用非类型参数创建数组模板的主要缺点是,每种数组大小都将生成自己的模板。下面的声明将生成两个独立的类声明:
ArrayTP<int, 10> a(num);
ArrayTP<int, 11> b(num);
1.5,模板的多功能性
1,可以将用于常规类的技术用于模板类。
2,模板可以使用多个类型参数。
template <class T1, class T2>
class pair{...};
3,默认类型模板参数,可以为类型参数提供默认值
template <class T1, class T2 = int>
class pair{...};
1.6,模板的具体化
类模板与函数模板很相似,可以有隐式实例化、显示实例化和显示具体化,它们统称为具体化。
1.6.1,隐式实例化
声明一个或多个对象,编译器将使用模本生成具体的类定义
int num = 5;
ArrayTP<int, 10> a(num);
1.6.2,显示实例化
使用关键字template指出所需类型来声明类,编译器将生成类声明的显示实例化。
template class ArrayTP<string, 100>;
1.6.3,显示具体化
显示具体化是特定类型的定义。有时候可能需要在为特殊类型实例化时,对模板进行修改,使其行为不同。例如,假设已经为用于表示排序后数组的类(元素在加入时被排序)定义一个模板:
template <class Type>
class sortedArray{...};
模板使用>来进行值的比较。对于数字,这管用。对于自定义的类,只要类定义了operator>方法,这也管用。但如果Type是由const char 表示的字符串,这将不管用。实际上,模板可以正常工作,但是字符串按地址进行排序。这要求类定义使用strcmp(),而不是>来对值进行比较。在这种情况下,可以提供一个显式模板具体化,这将采用为具体类型定义的模板。下面声明一个专供const char 类型使用的模板,其中的实现代码使用strcmp()来进行值的比较,而不是>来对值进行比较。
template <> class sortedArray<const char *>{...};
当具体化模板与通用模板都与实例化请求匹配时,编译器将使用具体化模板。
1.6.4,部分具体化
C++允许部分具体化,即部分限制模板的通用性。
//general template
template <class T1, class T2> class pair{...};
//specialization with T2 set to int
template <class T1> class pair<T1, int>{...};
//specialization with T1 and T2 set to int
template <> class pair<int, int>{...};
如果有多个模板可供选择,编译器将使用具体化程度最高的模板。
pair<double, double> p1; //use general pair template
pair<double, int> p2; //use pair<T1, int> partial specialization
pair<int, int> p3; //use pair<int, int> explicit specialization