C++笔记-26-类模板

卡提西亚2025-11-14 17:13

模板的局限性

局限性：模板的通用性并不是万能的

例如判断两个数是否相等的模板，假如传入的是一个Person类，或者一个数组，就会出问题了。

因此C++为了解决这种问题，提供模板的重载，可以为这些特定的类型提供具体化的模板

cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
template<typename T>
bool myCompare(T& a, T& b)
{
	return a == b;
}
void test()
{
	int a = 20, b = 20;
	bool ret = myCompare(a, b);
	if (ret)
	{
		cout << "a==b" << endl;
	}
	else {
		cout << "a!=b" << endl;
	}
}
class Person {
public:
	string name;
	int age;
	Person(string name, int age)
	{
		this->name = name;
		this->age = age;
	}
};
//利用具体化Person的版本实现代码，会优先调用这个。
template<> bool myCompare(Person& p1, Person& p2)
{
	if (p1.name == p2.name && p1.age == p2.age)
	{
		return true;
	}
	else {
		return false;
	}

}
void test01()
{
	Person p1("tom", 18);
	Person p2("tom", 16);
	bool ret = myCompare(p1, p2);
	if (ret)
	{
		cout << "p1==p2" << endl;
	}
	else {
		cout << "p1!=p2" << endl;
	}
}
int main()
{
	//test();
	test01();
}

总结：

  • 利用具体化的模板，可以解决自定义类型的通用化
  • 学习模板并不是为了写模板，而是在STL能够运用系统提供的模板

类模板的基本语法

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制定，用一个虚拟的类型来代表。

语法：
template <typename T>
类

解释：

  • template:声明创建模板
  • typename:表面其后面的符号是一种数据类型，可以用class代替
  • T通用的数据类型，名称可以替换，通常为大写字母
cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
template<class T1, class T2>
class Person
{
public:
	Person(T1 name, T2 age)
	{
		this->name = name;
		this->age = age;
	}
	T1 name;
	T2 age;
	void show()
	{
		cout << name << endl;
		cout << age << endl;
	}
};
void test()
{
	Person<string, int> p1("张三", 20);
	p1.show();
}
int main()
{
	test();
}

总结：类模板和函数模板语法相似，在声明模板template后面加类，此类称为类模板

类模板

类模板与函数模板区别主要有两点：

  • 类模板没有自动类型推导的使用方式（c++17之后有了）
  • 类模板在模板参数列表中可以有默认参数
cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
//模板也可以指定默认参数
template<class T1 = string, class T2 = int>
class Person
{
public:
	T1 name;
	T2 age;
	Person(T1 name, T2 age)
	{
		this->name = name;
		this->age = age;
	}
	void show()
	{
		cout << name << endl;
		cout << age << endl;

	}
};
void test1()
{
	Person p1("張三", 18);
	Person p2("李四", 20);
	p1.show();
	p2.show();
}
void test2()
{
	Person p("tom", 20);
	p.show();
}
int main()
{
	//test1();
	test2();
}

总结：

  • 类模板使用只能用显示指定类型方式（c++17之后有了自动类型推导，可以不指定了）
  • 类模板中的模板参数列表可以有默认参数

类模板中成员函数的创建时机

类模板中成员函数和普通类中成员函数创建时机是有区别的：

  • 普通类中的成员函数一开始就可以创建
  • 类模板中的成员函数在调用时才创建
cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
class Person1 {
public:
	void showPerson1()
	{
		cout << "Person 1 show" << endl;
	}
};
class Person2 {
public:
	void showPerson2()
	{
		cout << "Person 2 show" << endl;
	}
};
template<class T>
class MyClass {
public:
	T obj;
	void func1()
	{
		obj.showPerson1();
	}
	void func2()
	{
		obj.showPerson2();
	}
};
void test01()
{
	MyClass<Person1> m;
	m.func1();
	//m.func2();报错，Perosn1不能调用Person2的showPerson2（）。
}

int main()
{
	test01();
}

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.因为使用了模板，我们无法确定obj的类型。

类模板对象做函数参数

一共有三种传入方式：

  1. 指定传入的类型,直接显示对象的数据类型
  2. 参数模板化,将对象中的参数变为模板进行传递
  3. 整个类模板化 将这个对象类型模板化进行传递
cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;
template<class T1, class T2>
class Person {
public:
	T1 name;
	T2 age;
	Person(T1 name, T2 age)
	{
		this->age = age;
		this->name = name;
	}
	void show()
	{
		cout << "姓名" << name << endl;
		cout << "年龄" << age << endl;
	}
};
//第一种方式，指定传入类型。
void printPerson1(Person<string, int>& p)
{
	cout << "-------------------" << endl;
	p.show();
}
//第二种方式，参数模板化
template<class T1, class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2>& p)
{
	cout << "-------------------" << endl;
	p.show();
	cout << "T1的类型为：" << typeid(T1).name() << endl;
	cout << "T2的类型为：" << typeid(T2).name() << endl;
	//想看模板的推导的类型可以使用typeid(T).name()的方式查看。
}
//第三种方式，整个类模板化
template <class T>
void printPerson3(T& p)
{
	cout << "-------------------" << endl;
	p.show();
	cout << "T的类型为" << typeid(T).name() << endl;
}
void test()
{
	Person<string, int> p1("tom", 18);
	printPerson1(p1);
	printPerson2(p1);
	printPerson3(p1);
}
int main()
{
	test();
}

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
  • 使用比较广泛是第一种：指定传入的类型,第二种和第三种就有一点绕弯了。

类模板与继承

  • 当子类继承的父类是一个类模板时，子类在声明的时候，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T的类型，子类也需变为类模板
cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;
template<class T>
class Base {
public:
	T m;
};
//class Son :public Base //报错，必须指定父类中的T类型，才能继承给子类
class Son1 :public Base<int>
{
};
//如果想灵活指定父类中T类型，子类也需要变为类模板
template<class T1, class T2>
class Son2 :public Base<T1> {
public:
	T2 obj;
	Son2()
	{
		cout << "T1的类型：" << typeid(T1).name() << endl;
		cout << "T2的类型：" << typeid(T2).name() << endl;
	}
};
void test()
{
	Son1 s1;
	Son2<int, char> s2;
}
int main()
{
	test();
}

总结：如果父类是类模板，子类需要指定出父类中T的数据类型

类模板成员函数类外实现

cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
template <class T1, class T2>
class Person
{
public:
	T1 name;
	T2 age;
	Person(T1 name, T2 age);
	//{
	//	this->name = name;
	//	this->age = age;
	//}
	void show();
	//{
	//	cout << "姓名：" << name << endl;
	//	cout << "年龄：" << age << endl;
	//}
};
//构造函数的类外实现
template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age)
{
	this->name = name;
	this->age = age;
}
//成员函数的类外实现
template<class T1, class T2>
void Person<T1, T2>::show()
{
	cout << "姓名：" << name << endl;
	cout << "年龄：" << age << endl;
}
void test()
{
	Person<string, int> p("tom", 18);
	p.show();
}
int main()
{
	test();
}

总结：类模板中成员函数类外实现时，和之前普通函数类外实现类似，需要加上Person作用域，但是还需要加上模板参数列表

类模板分文件编写

问题：

  • 类模板中成员函数创建时机是在调用阶段，导致分文件编写时链接不到解决

  • 解决方式1：直接包含.cpp源文件

  • 解决方式2：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

方案一:

cpp 复制代码 
//主代码文件,文件名为main.cpp
#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
#include "Person.hpp"
void test()
{
	Person<string,int> p("tom",18);
	p.show();
}
int main()
{
	test();
}
cpp 复制代码 
//hpp文件，类的声明和实现都在这一个文件，文件名为Person.hpp
#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
template<class T1, class T2>
class Person {
public:
	T1 name;
	T2 age;
	Person(T1 name, T2 age);
	void show();
};
template<class T1, class  T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age)
{
	this->name = name;
	this->age = age;
}
template<class T1, class  T2>
void Person<T1, T2>::show()
{
	cout << "姓名：" << name << endl;
	cout << "年龄" << age << endl;
}

方案二

cpp 复制代码 
//主代码文件,文件名为main.cpp
#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
#include "Person.cpp"
void test()
{
	Person<string, int> p("tom", 18);
	p.show();
}
int main()
{
	test();
}
cpp 复制代码 
//Person头文件，文件名为Person.h
#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
template<class T1, class T2>
class Person {
public:
	T1 name;
	T2 age;
	Person(T1 name, T2 age);
	void show();
};
cpp 复制代码 
//Person实现文件，文件名为Person.cpp
#include "Person.h"
template<class T1, class  T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age)
{
	this->name = name;
	this->age = age;
}
template<class T1, class  T2>
void Person<T1, T2>::show()
{
	cout << "姓名：" << name << endl;
	cout << "年龄" << age << endl;
}

类模板与友元

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

cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
template<class T1, class T2>
class Person;
//全局函数类外实现
template<class T1, class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2> p)
{
	cout << "姓名：" << p.name << endl;
	cout << "年龄：" << p.age << endl;
}
template<class T1, class T2>
class Person
{
	//全局函数类内实现
	friend void printPerson(Person<T1, T2>p)
	{
		cout << "姓名：" << p.name << endl;
		cout << "年龄：" << p.age << endl;
	}
	//如果全局函数是类外实现的，需要让编译器提前知道这个函数的存在,但是这个函数又不知道Person类的存在，所以又要先定义Person，才能正常编译。
	friend void printPerson2<>(Person<T1, T2> p);
public:
	Person(T1 name, T2 age)
	{
		this->name = name;
		this->age = age;
	}
private:
	T1 name;
	T2 age;
};

void test()
{
	Person p("tom", 18);
	printPerson(p);
	printPerson2(p);
}
int main()
{
	test();
}

总结：建议全局函数做类内实现，用法简单，而且编译器可以直接识别,类外实现过于复杂。

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