C++类模板入门教程
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2023-03-14
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。
声明类模板的语法为:
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。
假如我们现在要定义一个类来表示坐标,要求坐标的数据类型可以是整数、小数和字符串,例如:
这个时候就可以使用类模板,请看下面的代码:
下面就对 Point 类的成员函数进行定义:
除了对象变量,我们也可以使用对象 指针的方式来实例化:
x=10, y=20
x=10, y=东经180度
x=东经180度, y=北纬210度
在定义类型参数时我们使用了 class,而不是 typename,这样做的目的是让读者对两种写法都熟悉。
【实例2】用类模板实现可变长数组。
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:
};
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。
假如我们现在要定义一个类来表示坐标,要求坐标的数据类型可以是整数、小数和字符串,例如:
- x = 10、y = 10
- x = 12.88、y = 129.65
- x = "东经180度"、y = "北纬210度"
这个时候就可以使用类模板,请看下面的代码:
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){ } 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 };x 坐标和 y 坐标的数据类型不确定,借助类模板可以将数据类型参数化,这样就不必定义多个类了。
注意:模板头和类头是一个整体,可以换行,但是中间不能有分号。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:
}
下面就对 Point 类的成员函数进行定义:
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; }请读者仔细观察代码,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。
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, 15.5); Point<float, char*> p3(12.4, "东经180度");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, 109.3); Point<char*, char*> *p = new Point<char*, char*>("东经180度", "北纬210度");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);
综合示例
【实例1】将上面的类定义和类实例化的代码整合起来,构成一个完整的示例,如下所示:#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; }运行结果:
x=10, y=20
x=10, y=东经180度
x=东经180度, y=北纬210度
在定义类型参数时我们使用了 class,而不是 typename,这样做的目的是让读者对两种写法都熟悉。
【实例2】用类模板实现可变长数组。
#include <iostream> #include <cstring> using namespace std; template <class T> class CArray { int size; //数组元素的个数 T *ptr; //指向动态分配的数组 public: CArray(int s = 0); //s代表数组元素的个数 CArray(CArray & a); ~CArray(); void push_back(const T & v); //用于在数组尾部添加一个元素v CArray & operator=(const CArray & a); //用于数组对象间的赋值 T length() { return size; } T & operator[](int i) {//用以支持根据下标访问数组元素,如a[i] = 4;和n = a[i]这样的语句 return ptr[i]; } }; template<class T> CArray<T>::CArray(int s):size(s) { if(s == 0) ptr = NULL; else ptr = 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) { //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 if(this == & a) //防止a=a这样的赋值导致出错 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); size = 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] << " "; return 0; }