02.类模板

2、类模板

2.1 类模板语法

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。

template<typename T>
// 类
  • template：声明创建模板
  • typename：表名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
#include <iostream>
using namespace std;
// 类模板
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 为 string 类型，AgeType 为 int 类型Person<string,int>P1("孙悟空",999);P1.showPerson();
}int main() {test01();system("pause");return 0;
}

总结：

  • 类模板和函数模板语法类似，在声明模板 template 后面加类，此类称为类模板

2.2 类模板和函数模板的区别

  • 类模板没有自动类型推导的使用方式
  • 类模板在模板参数列表中可以有默认参数
#include <iostream>
using namespace std;
// 类模板
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、类模板没有自动类型推导的使用方式
//1、类模板没有自动类型推导的使用方式
void test01()
{// Person p("孙悟空", 1000); 			// 错误 类模板使用时候，不可以用自动类型推导Person <string ,int>p("孙悟空", 1000); // 必须使用显示指定类型的方式，使用类模板p.showPerson();
}//2、类模板在模板参数列表中可以有默认参数
void test02() {Person<string>p("猪八戒",999);			// 类模板中的模板参数列表，库指定默认参数p.showPerson();
}int main() {test01();test02();system("pause");return 0;
}

总结：

  • 类模板使用只能用显示指定类型方式
  • 类模板中的模板参数列表可以有默认参数

2.3 类模板中成员函数创建时机

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
#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;// 类模板中的成员函数，并不是一开始就创建的，而是在模板调用时再生成void fun1() { obj.showPerson1(); }void fun2() { obj.showPerson2(); }};
void test01()
{MyClass<Person1> m;m.fun1();// m.fun2();		// 编译会出错，说明函数调用才会去创建成员函数
}
int main() {test01();system("pause");return 0;
}

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

2.4 类模板对象做函数参数

  • 类模板实例化出的对象，向函数传参的方式

共三种传入方式：

  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
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;// 类模板
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、类模板对象作为函数参数，方式一：指定传入的类型
void printPerson1(Person<string, int>& p) {p.showPerson();
}
void test01() {Person<string, int>p("孙悟空", 100);printPerson1(p);
}// 2、参数模板化
template<class T1, class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2>& p) {p.showPerson();cout << "T1的类型为： " << typeid(T1).name() << endl;cout << "T2的类型为： " << typeid(T2).name() << endl;
}
void test02() {Person<string, int>p("猪八戒", 90);printPerson2(p);
}// 3、整个类模板化
template<class T>
void printPerson3(T& p) {cout << "T的类型为： " << 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;
}

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
  • 使用比较广泛的是第一种：指定传入的类型

2.5 类模板与继承

当类模板碰到继承时，需要注意以下几点：

  • 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

2.6 类模板成员函数类外实现

#include <iostream>
using namespace std;// 类模板中成员函数类外实现
template<class T1,class T2>
class Person {
public:// 成员函数类内声明Person(T1 name, T2 age);void showPerson();public:T1 m_Name;T2 m_Age;
};// 构造函数 类外实现
template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age) {this->m_Name = name;this->m_Age = age;
}// 成员函数 类外实现
template<class T1,class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson() {cout << "姓名：" << this->m_Name << " 年龄：" << this->m_Age << endl;
}void test01() {Person<string, int>p("Tom", 20);p.showPerson();
}
int main() {test01();system("pause");return 0;
}

总结：

  • 类模板中成员函数类外实现时，需要加上模板参数列表

2.7 类模板和友元

  • 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
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;// 2、全局函数配合友元 类外实现：先做函数模板声明，下方在做函数模板定义，在做友元
template<class T1, class T2>class Person;// 如果声明了函数模板，可以将实现写到后面，否则需要将实现体写到类的前面让编译器提前看到
template<class T1, class T2> void printPerson2(Person<T1, T2>& p);template<class T1,class T2>
class Person {// 1、全局函数配合友元   类内实现friend void printPerson(Person<T1, T2>& p) {cout << "姓名：" << p.m_Name << "年龄：" << p.m_Age << endl;}//   全局函数配合友元   类外实现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、全局函数在类内实现
void test01() {Person <string, int>p("Tom", 20);printPerson(p);
}// 2、全局函数在类外实现
void test02() {Person<string, int>p("Jerry", 30);printPerson2(p);
}template<class T1, class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2>& p) {cout << "类外实现 --- 姓名：" << p.m_Name << "年龄：" << p.m_Age << endl;
}int main() {test01();test02();system("pause");return 0;
}

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

2.8 类模板案例

案例描述：实现一个通用的数组类，要求如下：

  • 可以对内置数据类型以及自定义数据类型的数据进行存储
  • 将数组中的数据存储到堆区
  • 构造函数中可以传入数组的容量
  • 提供对应的拷贝构造函数以及operator=防止浅拷贝问题
  • 提供尾插法和尾删法对数组中的数据进行增加和删除
  • 可以通过下标的方式访问数组中的元素
  • 可以获取数组中当前元素个数和数组的容量

myArray.hpp文件

#pragma
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;template<class T>
class MyArray {
public:// 构造函数MyArray(int capatity) {this->m_Capacity = capatity;this->m_Size = 0;pAddress = new T[this->m_Capacity];}// 拷贝函数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为对象，而且还包含指针，必须需要重载 = 操作符，因为这个等号不是构造 而是赋值，// 普通类型可以直接 = 但是指针类型需要深拷贝this->pAddress[i] = arr.pAddress[i];}}// 重载 = 操作符 防止浅拷贝问题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;}// 重载 [] 操作符 arr[0]T& operator[](int index) {return this->pAddress[index];//不考虑越界，用户自己去处理}// 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++;}// 尾删法void pop_back() {if (this->m_Size == 0) {return;}this->m_Size--;}//获取数组容量int getCapacity() {return this->m_Capacity;}// 获取数组大小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;	// 指向一个堆空间，这个空间存储真正的数据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;
}// 测试内置数据类型
void test01() {MyArray<int> array1(10);for (int i = 0; i < 10; ++i) {array1.push_back(i);}cout << "array1打印输出：" << 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打印输出：" << endl;printIntArray(array2);cout << "array2的大小：" << array2.getSize() << endl;cout << "array2的容量：" << array2.getCapacity() << endl;
}// 测试自定义数据类型
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 << " 年龄：" << personArr[i].m_Age << endl;}
}void test02() {// 创建数组MyArray<Person>pArray(10);Person p1("孙悟空", 999);Person p2("韩信", 20);Person p3("妲己", 18);Person p4("王昭君", 15);Person p5("赵云", 24);// 插入数据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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