C++ 知识点23 类模板

C++ 类模板

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一、为什么要有类模板？

比如要写栈、数组、链表容器：

你需要 int 栈、double 栈、string 栈......

如果不写模板，要重复写多份几乎一样的类，代码极度冗余。

类模板作用 ：用一套类模板骨架 ，支持任意数据类型，编译器根据类型自动生成对应具体类。

函数模板：通用函数

类模板：通用类

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二、类模板 基础语法格式

1. 标准头

template<typename T>
// 或 template<class T> 效果完全一样
class 类名
{
    // 成员变量、成员函数都可以用 T 做类型
private:
    T val;
public:
    void setVal(T v);
    T getVal();
};

• template<typename T>：声明模板参数

• T：类型占位符，代表任意类型

• 类里所有成员都可以直接用 T

2. 最简完整示例

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
​
// 定义类模板
template<typename T>
class Person
{
private:
    T age;
public:
    void setAge(T a)
    {
        age = a;
    }
    T getAge()
    {
        return age;
    }
};
​
int main()
{
    // 类模板 必须显式指定类型，不能自动推导
    Person<int> p1;
    p1.setAge(20);
    cout << p1.getAge() << endl;
​
    Person<double> p2;
    p2.setAge(20.5);
    cout << p2.getAge() << endl;
​
    return 0;
}

关键区别（和函数模板）

函数模板可以自动类型推导；类模板不能自动推导，必须尖括号指定类型 <类型>

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三、类模板 成员函数 类外实现（重点必考）

模板类的成员函数写在类外面，格式固定套路：

// 1. 先写模板头
template<typename T>
// 2. 类名<T> 指明作用域
void Person<T>::setAge(T a)
{
    age = a;
}
​
template<typename T>
T Person<T>::getAge()
{
    return age;
}

固定格式口诀

template<typename T>
返回值 类名<T>::函数名(参数)

完整可直接复制代码：

#include <iostream>
using namespace std;
​
template<typename T>
class Person
{
private:
    T age;
public:
    void setAge(T a);
    T getAge();
};
​
// 类外实现
template<typename T>
void Person<T>::setAge(T a)
{
    age = a;
}
​
template<typename T>
T Person<T>::getAge()
{
    return age;
}
​
int main()
{
    Person<int> p;
    p.setAge(18);
    cout << p.getAge() << endl;
    return 0;
}

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四、类模板 多个模板参数

可以同时定义多个类型参数 T1, T2

template<typename T1, typename T2>
class Pair
{
private:
    T1 first;
    T2 second;
public:
    void set(T1 a, T2 b)
    {
        first = a;
        second = b;
    }
    void show()
    {
        cout << first << " " << second << endl;
    }
};
​
int main()
{
    Pair<int, string> p;
    p.set(100, "DYKP");
    p.show();
    return 0;
}

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五、类模板 模板参数可以带默认类型

给模板参数设置默认类型，不指定就用默认：

// 默认 T 为 int
template<typename T = int>
class Array
{
private:
    T arr[10];
};
​
int main()
{
    Array<> a1;      // 不写类型，用默认 int
    Array<double> a2;// 手动指定 double
    return 0;
}

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六、类模板的实例化原理

1. 类模板本身不是类，只是一张模板图纸；

2. 当你写 Person<int>、Person<double> 时，编译器才会生成对应的具体类；

3. 每一种类型，都会产生一份独立的类代码；

4. 没有使用的类型，不会生成代码，不占空间。

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七、类模板特化（重点难点）

1. 全局特化（全类特化）

通用模板对某一个类型单独重写一整套类：

// 通用类模板
template<typename T>
class Data
{
public:
    void print()
    {
        cout << "通用版本" << endl;
    }
};
​
// 针对 string 类型 全特化
template<>
class Data<string>
{
public:
    void print()
    {
        cout << "string 特化版本" << endl;
    }
};

使用时：

• Data<int> 走通用模板

• Data<string> 走特化版本

2. 局部特化（了解）

多个模板参数时，可以只特化其中一部分，考试一般考全特化即可。

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八、类模板 作函数参数怎么传

模板类对象作为函数形参，两种写法：

写法 1：函数模板接收模板类

template<typename T>
void showPerson(Person<T> p)
{
    cout << p.getAge() << endl;
}

写法 2：指定固定类型

void showIntPerson(Person<int> p)
{
    cout << p.getAge() << endl;
}

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九、类模板 常见易错坑（必记）

1. 类模板不能自动推导 ，必须 类名<类型>

2. 类外实现成员函数，必须加 template<T> + 类名<T>::

3. 模板类

   声明和实现不能拆分到 .h 和 .cpp

   编译需要看到完整模板代码，否则无法实例化，一般全部写在头文件。

4. 模板里面不能使用不支持该类型的运算（如 T 是 string 却用 ++）

5. 特化版本必须和通用模板同名，格式不能错。

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十、函数模板 vs 类模板 核心对比（面试必背）

对比	函数模板	类模板
语法	template<T> 修饰函数	template<T> 修饰类
推导	可自动类型推导	不能自动推导，必须指定<T>
实例化	调用时生成函数	指定类型时生成类
特化	支持函数特化	支持类全特化、局部特化
外部实现	普通写法	必须带 类名<T>::

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十一、极简背诵总结

1. 类模板用 template<typename T> 定义，是通用类图纸；

2. 使用必须 类名<类型>，无自动推导；

3. 类外写成员函数：必须重写模板头 + 类名<T>::；

4. 支持多模板参数、默认类型参数；

5. 特化可以给指定类型单独定制整个类；

6. 模板代码不能分离头文件与源文件；

7. 原理：用什么类型，编译器才生成对应具体类。