C++中的模板template

1.Cpp中的模板template

模板是泛型编程的基础，泛型编程即以一种独立于任何特定类型的方式编写代码。模板是创建泛型类或函数的蓝图或公式。库容器，比如迭代器和算法都是泛型编程的例子，它们都使用了模板的概念。每个容器都有一个单一的定义，比如向量vector可以定义许多不同类型的向量，如vector 或vector 。

2.函数模板

函数模板定义的一般形式如下:
```
    template <typename 类型参数1, typename 类型参数2,...> 返回值类型 函数名(形参列表){// 在函数体中可以使用累成参数}
```
- typename: 一个关键字，用来声明具体的类型参数。typename关键字也可以使用class关键字替代，它们没有任何区别。C++早期对模板的支持并不严谨，没有引入新的关键字，而是用 class来指明类型参数，但是class关键字本来已经用在类的定义中了，这样做显得不太友好，所以后来C++又引入了一个新的关键字 typename，专门用来定义类型参数。不过至今仍然有很多代码在使用class关键字，包括C++标准库、一些开源程序等。
- template: 是定义函数模板的关键字，后面紧跟尖括号<>
- 类型参数(也可以说是虚拟的类型，或者说是类型占位符): 模板头中包含的类型参数可以用在函数定义的各个位置，包括返回值、形参列表和函数体。类型参数的命名规则跟其他标识符的命名规则一样，不过使用T、T1、T2、Type等已经成为了一种惯例。
- template: 模板头

函数模板实例1如下:

    #include <iostream>using namespace std;// 函数模板template<typename T> void Swap(T &a, T &b){  // 此处的tyname关键字可以改成class！T temp;temp = a;a = b;b = temp;}int main(){// int类型变量交换int n1 = 200, n2 = 100;Swap(n1, n2);cout << "n1 = " << n1 << ", n2 = " << n2 << endl;// float类型变量交换float f1 = 3.14, f2 = 5.99;Swap(f1, f2);cout << "f1 = " << f1 << ", f2 = " << f2 << endl;return 0;}

函数模板实例2如下：

    #include <iostream>using namespace std;// 函数模板的声明template<class T> T max(T a, T b, T c);int main(){// 求三个整数的最大值int i1, i2, i3, i_max;cout << "请依次输入三个整数: \n";cin >> i1 >> i2 >> i3;i_max = max(i1, i2, i3);cout << "i_max = " << i_max << endl;cout << "----------------------------------------------\n";// 求三个浮点数的最大值double d1, d2, d3, d_max;cout << "请依次输入三个浮点数: \n";cin >> d1 >> d2 >> d3;d_max = max(d1, d2, d3);cout << "d_max = " << d_max << endl;cout << "----------------------------------------------\n";return 0;}// 定义函数模板template<class T>   // 模板头，不能有分号T max(T a, T b, T c){  // 函数头T max_num = a;if( b > max_num)max_num = b;if(c > max_num)max_num = c;return max_num;}

函数模板实例3如下：

    #include <iostream>#include "string"using namespace std;// 函数模板实例3template<class T> inline T const& Max(T const &a, T const &b){return a < b ? b:a;}int main(){int i = 20, j = 30;cout << "Max(i, j) = " << Max(i, j) << endl;double db1 = 23.4, db2 = 44.9;cout << "Max(db1, db2) = " << Max(db1, db2) << endl;string s1 = "hello", s2 = "world";cout << "Max(s1, s2) = " << Max(s1, s2) << endl;return 0;}

3.类模板

C++除了支持函数模板，还支持类模板（Class Template）。函数模板中定义的类型参数可以用在函数声明和函数定义中，类模板中定义的类型参数可以用在类声明和类实现中,类模板的目的同样是将数据的类型参数化。一但声明了类模板，就可以将类型参数用于类的成员函数和成员变量了。换句话说，原来使用int、float、char等内置类型的地方，都可以用类型参数来代替。

声明类模板的语法为:

    template <typename 类型参数1, typename 类型参数2,...> class 类名{//TODO;}

类模板中类的声明如下：

    template<typename T1, typename T2>  // 这里不能有分号！！！class Point{public:Point(T1 x, T2 y): m_x(x), m_y(y){cout << "构造函数\n";}public:T1 getX() const;  // 常函数void setX(T1 x);  T2 getY() const;void setY(T2 y);private:T1 m_x;T2 m_y;};

上面的代码仅仅是类的声明，我们还需要在类外定义成员函数。在类外定义成员函数时仍然需要带上模板头，格式为：

    template<typename 类型参数1, typename 类型参数2,...> 返回值类型 类名<类型参数1, 类型参数2,...>::函数名(形参列表){TODO;}

类模板中的成员函数定义如下:

    // 类外成员函数的定义template<typename T1, typename T2>  // 模板头T1 Point<T1, T2>::getX() const{  // 函数头return m_x;} template<typename T1, typename T2>void Point<T1, T2>::setX(T1 x){m_x = x;}template<typename T1, typename T2>T2 Point<T1, T2>::getY() const{return m_y;}template<typename T1, typename T2>void Point<T1, T2>::setY(T2 y){m_y = y;}

仔细观察代码，除了 template 关键字后面要指明类型参数，类名Point后面也要带上类型参数，只是不加typename关键字了。另外需要注意的是，在类外定义成员函数时，template后面的类型参数要和类声明时的一致。

4.使用类模板创建对象

上面的两段代码完成了类的定义，接下来就可以使用该类创建对象了。使用类模板创建对象时，需要指明具体的数据类型。请看下面的代码：
```
    Point<int, int> p1(10, 20);Point<int, float> p2(10, 5.5);Point<float, char*> p3(4.3, "hello");
```
与函数模板不同的是，类模板在实例化时必须显式地指明数据类型，编译器不能根据给定的数据推演出数据类型。

除了对象变量，我们也可以使用对象指针的方式来实例化：

    Point<float, float> *p1 = new Point<float, float>(10.6, 90.3);Point<char*, char*> *p2 = new Point<char*, char*>("hello", "world");

需要注意的是，赋值号两边都要指明具体的数据类型，且要保持一致。下面的写法是错误的：

    // 赋值号两边的数据类型不一致Point<float, float> *p = new Point<float, int>(10.6, 109);// 赋值号右边没有指明数据类型Point<float, float> *p = new Point(10.6, 109);

综合实例1如下:

    #include <iostream>using namespace std;template<class T1, class T2>  //这里不能有分号class Point{public:Point(T1 x, T2 y): m_x(x), m_y(y){ }public:T1 getX() const;  //获取x坐标void setX(T1 x);  //设置x坐标T2 getY() const;  //获取y坐标void setY(T2 y);  //设置y坐标private:T1 m_x;  //x坐标T2 m_y;  //y坐标};template<class T1, class T2>  //模板头T1 Point<T1, T2>::getX() const /*函数头*/ {return m_x;}template<class T1, class T2>void Point<T1, T2>::setX(T1 x){m_x = x;}template<class T1, class T2>T2 Point<T1, T2>::getY() const{return m_y;}template<class T1, class T2>void Point<T1, T2>::setY(T2 y){m_y = y;}int main(){Point<int, int> p1(10, 20);cout<<"x="<<p1.getX()<<", y="<<p1.getY()<<endl;Point<int, char*> p2(10, "东经180度");cout<<"x="<<p2.getX()<<", y="<<p2.getY()<<endl;Point<char*, char*> *p3 = new Point<char*, char*>("东经180度", "北纬210度");cout<<"x="<<p3->getX()<<", y="<<p3->getY()<<endl;return 0;}

类模板综合实例2如下：

    template <class T>class CArray{private:int size; // 数组的大小T *ptr;   // 指向动态数组的指针public:CArray(int s = 0); // 构造函数CArray(CArray &a); // 拷贝构造函数~CArray();         // 析构函数void push_back(const T &v);         //用于在数组的尾部添加一个元素CArray &operator=(const CArray &a); // 运算符重载，用于数组对象间的重载// 注意下面的两个函数已经定义过了T length(){return size;}T &operator[](int i){return ptr[i]; // 用以支持根据下标访问数组元素}};// 类成员函数的定义template <class T>CArray<T>::CArray(int s) : size(s){if (s == 0)ptr = NULL;elseptr = new T[s];}template <class T>CArray<T>::CArray(CArray &a){if (!a.ptr){ptr = NULL;size = 0;return;}ptr = new T[a.size];memcpy(ptr, a, ptr, sizeof(T) * a.size);size = a.size;}template<class T>CArray<T>::~CArray(){if(ptr)delete [] ptr;}template <class T>CArray<T> &CArray<T>::operator=(const CArray &a){if (this == &a) //防止a=a这样的赋值导致出错, 赋值号的作用是使"="左边对象里存放的数组，大小和内容都和右边的对象一样return *this;if (a.ptr == NULL){ // 如果a里面的数组是空的if (ptr)delete[] ptr;ptr = NULL;size = 0;return *this;}if (size < a.size){ // 如果原有空间够大，就不用分配新的空间if (ptr)delete[] ptr;ptr = new T[a.size];}memcpy(ptr, a.ptr, sizeof(T) * a.size);return *this;}template <class T>void CArray<T>::push_back(const T &v){ //在数组尾部添加一个元素if (ptr){T *tmpPtr = new T[size + 1];           // 重新分配空间memcpy(tmpPtr, ptr, sizeof(T) * size); // 拷贝原数组内容delete[] ptr;ptr = tmpPtr;}else // 数组本来是空的ptr = new T[1];ptr[size++] = v; // 加入新的数组元素}int main(){CArray<int> a;for(int i =0; i < 5;i++)a.push_back(i);for(int i=0; i < a.length(); i++)cout << "a[" << i << "] = " << a[i] << endl;return 0;}

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