02.類模板

2、類模板

2.1 類模板語法

建立一個通用類，類中的成員、數據類型可以不具體制定，用一個虛擬的類型來代表。

template<typename T>
// 類
  • template：聲明創建模板
  • typename：表名其后面的符號是一種數據類型，可以用 class 代替
  • T：通用的數據類型，名稱可以替換，通常為大寫字母
#include <iostream>
using namespace std;
// 類模板
template<class NameType, class AgeType>
class Person {public:Person(NameType name, AgeType age){this->mName = name;this->mAge = age;}  void showPerson() {cout << "name: " << this->mName << "age: " << this->mAge << endl;}public:NameType mName;AgeTyep mAge;
};void test01() {// 指定 NameType 為 string 類型，AgeType 為 int 類型Person<string,int>P1("孫悟空",999);P1.showPerson();
}int main() {test01();system("pause");return 0;
}

總結：

  • 類模板和函數模板語法類似，在聲明模板 template 后面加類，此類稱為類模板

2.2 類模板和函數模板的區別

  • 類模板沒有自動類型推導的使用方式
  • 類模板在模板參數列表中可以有默認參數
#include <iostream>
using namespace std;
// 類模板
template<class NameType, class AgeType = int>
class Person {public:Person(nameType name, AgeType age) {this->mName = name;this->mAge = age;}void showPerson() {cout << "name: " << this->mName << "age: " << this->mAge << endl;}public:NameType mName;AgeType mAge;
};//1、類模板沒有自動類型推導的使用方式
//1、類模板沒有自動類型推導的使用方式
void test01()
{// Person p("孫悟空", 1000); 			// 錯誤 類模板使用時候，不可以用自動類型推導Person <string ,int>p("孫悟空", 1000); // 必須使用顯示指定類型的方式，使用類模板p.showPerson();
}//2、類模板在模板參數列表中可以有默認參數
void test02() {Person<string>p("豬八戒",999);			// 類模板中的模板參數列表，庫指定默認參數p.showPerson();
}int main() {test01();test02();system("pause");return 0;
}

總結：

  • 類模板使用只能用顯示指定類型方式
  • 類模板中的模板參數列表可以有默認參數

2.3 類模板中成員函數創建時機

類模板中成員函數和普通類中成員函數創建時機是有區別的：

  • 普通類中的成員函數一開始就可以創建
  • 類模板中的成員函數在調用時才創建
#include <iostream>
using namespace std;
class Person1 {public:void showPerson1() {cout << "Person1 show" << endl;}
};
class Person2 {public:void showPerson2() {cout << "Person2 show" << endl;}
};template<class T>class MyClass {public:T obj;// 類模板中的成員函數，并不是一開始就創建的，而是在模板調用時再生成void fun1() { obj.showPerson1(); }void fun2() { obj.showPerson2(); }};
void test01()
{MyClass<Person1> m;m.fun1();// m.fun2();		// 編譯會出錯，說明函數調用才會去創建成員函數
}
int main() {test01();system("pause");return 0;
}

總結：

  • 類模板中的成員函數并不是一開始就創建的，在調用時才去創建

2.4 類模板對象做函數參數

  • 類模板實例化出的對象，向函數傳參的方式

共三種傳入方式：

  1. 指定傳入的類型：直接顯示對象的數據類型
  2. 參數模板化：將對象中的參數變為模板進行傳遞
  3. 整個類模板化：將這個對象類型模板化進行傳遞
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;// 類模板
template<class NameType, class AgeType = int>
class Person {
public:Person(NameType name, AgeType age) {this->mName = name;this->mAge = age;}void showPerson() {cout << "name: " << this->mName << " age: " << this->mAge << endl;}public:NameType mName;AgeType mAge;
};// 1、類模板對象作為函數參數，方式一：指定傳入的類型
void printPerson1(Person<string, int>& p) {p.showPerson();
}
void test01() {Person<string, int>p("孫悟空", 100);printPerson1(p);
}// 2、參數模板化
template<class T1, class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2>& p) {p.showPerson();cout << "T1的類型為： " << typeid(T1).name() << endl;cout << "T2的類型為： " << typeid(T2).name() << endl;
}
void test02() {Person<string, int>p("豬八戒", 90);printPerson2(p);
}// 3、整個類模板化
template<class T>
void printPerson3(T& p) {cout << "T的類型為： " << typeid(T).name() << endl;p.showPerson();
}
void test03() {Person<string, int>p("唐僧", 30);printPerson3(p);
}int main() {test01();test02();test03();system("pause");return 0;
}

總結：

  • 通過類模板創建的對象，可以有三種方式向函數中進行傳參
  • 使用比較廣泛的是第一種：指定傳入的類型

2.5 類模板與繼承

當類模板碰到繼承時，需要注意以下幾點：

  • 當子類繼承的父類是一個類模板時，子類在聲明的時候，要指定出父類中 T 的類型
  • 如果不指定，編譯器無法給子類分配內存
  • 如果想靈活指定出父類中T的類型，子類也需變為類模板

2.6 類模板成員函數類外實現

#include <iostream>
using namespace std;// 類模板中成員函數類外實現
template<class T1,class T2>
class Person {
public:// 成員函數類內聲明Person(T1 name, T2 age);void showPerson();public:T1 m_Name;T2 m_Age;
};// 構造函數 類外實現
template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age) {this->m_Name = name;this->m_Age = age;
}// 成員函數 類外實現
template<class T1,class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson() {cout << "姓名：" << this->m_Name << " 年齡：" << this->m_Age << endl;
}void test01() {Person<string, int>p("Tom", 20);p.showPerson();
}
int main() {test01();system("pause");return 0;
}

總結：

  • 類模板中成員函數類外實現時，需要加上模板參數列表

2.7 類模板和友元

  • 全局函數類內實現：直接在類內聲明友元即可
  • 全局函數類外實現：需要提前讓編譯器知道全局函數的存在
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;// 2、全局函數配合友元 類外實現：先做函數模板聲明，下方在做函數模板定義，在做友元
template<class T1, class T2>class Person;// 如果聲明了函數模板，可以將實現寫到后面，否則需要將實現體寫到類的前面讓編譯器提前看到
template<class T1, class T2> void printPerson2(Person<T1, T2>& p);template<class T1,class T2>
class Person {// 1、全局函數配合友元   類內實現friend void printPerson(Person<T1, T2>& p) {cout << "姓名：" << p.m_Name << "年齡：" << p.m_Age << endl;}//   全局函數配合友元   類外實現friend void printPerson2<>(Person<T1, T2>& p);public:Person(T1 name, T2 age) {this->m_Name = name;this->m_Age = age;}private:T1 m_Name;T2 m_Age;
};// 1、全局函數在類內實現
void test01() {Person <string, int>p("Tom", 20);printPerson(p);
}// 2、全局函數在類外實現
void test02() {Person<string, int>p("Jerry", 30);printPerson2(p);
}template<class T1, class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2>& p) {cout << "類外實現 --- 姓名：" << p.m_Name << "年齡：" << p.m_Age << endl;
}int main() {test01();test02();system("pause");return 0;
}

總結：

  • 建議全局函數做類內實現，用法簡單，而且編譯器可以直接識別

2.8 類模板案例

案例描述：實現一個通用的數組類，要求如下：

  • 可以對內置數據類型以及自定義數據類型的數據進行存儲
  • 將數組中的數據存儲到堆區
  • 構造函數中可以傳入數組的容量
  • 提供對應的拷貝構造函數以及operator=防止淺拷貝問題
  • 提供尾插法和尾刪法對數組中的數據進行增加和刪除
  • 可以通過下標的方式訪問數組中的元素
  • 可以獲取數組中當前元素個數和數組的容量

myArray.hpp文件

#pragma
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;template<class T>
class MyArray {
public:// 構造函數MyArray(int capatity) {this->m_Capacity = capatity;this->m_Size = 0;pAddress = new T[this->m_Capacity];}// 拷貝函數MyArray(const MyArray& arr) {this->m_Capacity = arr.m_Capacity;this->m_Size = arr.m_Size;this->pAddress = new T[this->m_Capacity];for (int i = 0; i < this->m_Size; ++i) {// 如果T為對象，而且還包含指針，必須需要重載 = 操作符，因為這個等號不是構造 而是賦值，// 普通類型可以直接 = 但是指針類型需要深拷貝this->pAddress[i] = arr.pAddress[i];}}// 重載 = 操作符 防止淺拷貝問題MyArray& operator=(const MyArray& myarray) {if (this->pAddress != nullptr) {delete[] this->pAddress;this->m_Capacity = 0;this->m_Size = 0;}this->m_Capacity = myarray.m_Capacity;this->m_Size = myarray.m_Size;this->pAddress = new T[this->m_Capacity];for (int i = 0; i < this->m_Size; ++i) {this->pAddress[i] = myarray[i];}return *this;}// 重載 [] 操作符 arr[0]T& operator[](int index) {return this->pAddress[index];//不考慮越界，用戶自己去處理}// 尾插法void push_back(const T& val) {if (this->m_Capacity == this->m_Size) {return;}this->pAddress[this->m_Size] = val;this->m_Size++;}// 尾刪法void pop_back() {if (this->m_Size == 0) {return;}this->m_Size--;}//獲取數組容量int getCapacity() {return this->m_Capacity;}// 獲取數組大小int getSize() {return this->m_Size;}~MyArray() {if (this->pAddress != nullptr) {delete[] this->pAddress;this->pAddress = nullptr;this->m_Capacity = 0;this->m_Size = 0;}}
private:T* pAddress;	// 指向一個堆空間，這個空間存儲真正的數據int m_Capacity; // 容量int m_Size;		// 大小
};

myArray.cpp文件

#include "myArray.hpp"void printIntArray(MyArray<int>& arr) {for (int i = 0; i < arr.getSize(); ++i) {cout << arr[i] << " ";}cout << endl;
}// 測試內置數據類型
void test01() {MyArray<int> array1(10);for (int i = 0; i < 10; ++i) {array1.push_back(i);}cout << "array1打印輸出：" << endl;printIntArray(array1);cout << "array1的大小：" << array1.getSize() << endl;cout << "array1的容量：" << array1.getCapacity() << endl;cout <<-----------------------------------" << endl;MyArray<int> array2(array1);array2.pop_back();cout << "array2打印輸出：" << endl;printIntArray(array2);cout << "array2的大小：" << array2.getSize() << endl;cout << "array2的容量：" << array2.getCapacity() << endl;
}// 測試自定義數據類型
class Person {
public:Person() {}Person(string name, int age) {this->m_Name = name;this->m_Age = age;}public:string m_Name;int m_Age;
};
void printPersonArray(MyArray<Person>& personArr) {for (int i = 0; i < personArr.getSize(); ++i) {cout << "姓名：" << personArr[i].m_Name << " 年齡：" << personArr[i].m_Age << endl;}
}void test02() {// 創建數組MyArray<Person>pArray(10);Person p1("孫悟空", 999);Person p2("韓信", 20);Person p3("妲己", 18);Person p4("王昭君", 15);Person p5("趙云", 24);// 插入數據pArray.push_back(p1);pArray.push_back(p2);pArray.push_back(p3);pArray.push_back(p4);pArray.push_back(p5);printPersonArray(pArray);cout << "pArray的大小：" << pArray.getSize() << endl;cout << "pArray的容量：" << pArray.getCapacity() << endl;
}int main() {test01();test02();system("pause");return 0;
}

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