模版

一、模版的概念

模版就是建议通用的磨具，大大提高复用性

二、函数模版

• c++另一种编程思想成为泛型编程，主要利用的技术就是模版
• c++提供两种模版机制：函数模版和类模版

（一）函数模版语法

函数模版作用：

建立一个通用幻术，其函数返回值类型和形参类型可以1不具体规定，用一个虚拟的类型来代表。

语法：

template<typename T>

函数声明或定义

解释：

template --- 声明创建模版

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

#include <iostream> using namespace std;   //两个整型交换函数  void swapInt(int& a, int& b) { 	int temp = a; 	a = b; 	b = temp; } //交换两个浮点型函数 void swapDouble(double& a, double& b) { 	double temp = a; 	a = b; 	b = temp;  } //函数模版 template<typename T>  //声明一个模版，告诉编译器后面代码中紧跟着的T不要报错，T是一个通用数据类型  void mySwap(T& a, T& b) { 	T temp = a; 	a = b; 	b = temp; } void test01() { 	int a = 10; 	int b = 20; 	//swapInt(a, b); 	//利用函数模版实现交换 	//有两种方式使用函数模版 	//1.自动类型推导 	mySwap(a, b); 	cout << "a=" << a << " b=" << b << endl; 	double c = 1.1; 	double d = 2.2; 	//swapDouble(c, d); 	//2.显示指定类型 	mySwap<double>(c, d); 	cout << "c=" << c << " d=" << d << endl; }  int main() { 	test01(); 	system("pause"); 	return 0;  }

• 函数模版利用关键字 template
• 使用函数模版有两种方式：自动类型推导、显示指定类型
• 模版的目的是为了提高复用性，将类型参数化

（二）函数模版注意事项

注意事项：

• 自动类型推导，必须推导出一直的数据类型T，才可以使用
• 模版必须要确定出T的数据类型，才可以使用

#include <iostream> using namespace std; //函数模版注意事项 template <typename T> void mySwap(T& a, T& b) { 	T temp = a; 	a = b; 	b = temp; } //1.自动类型推导，必须推导出一致的数据类型T才可以使用 void test01() { 	int a = 10; 	int b = 20; 	char c = 'c'; 	mySwap(a, b);//正确 	//mySwap(a, c);//错误，不能自动推导出一致的数据类型 	cout << "a=" << a << endl; 	cout << "b=" << b << endl; }  //2.模版必须确定出T的数据类型，才可以使用 template<class T> void func() { 	cout << "func()调用" << endl; }  void test02() { 	//func();无法确定T的数据类型，错误 	func<int>(); }  int main() { 	test01(); 	system("pause"); 	return 0;  }

总结

• 使用模版时必须确定出通用数据类型T，并且能够推导出一致的类型

（三）函数模版案例

案例描述：

• 利用函数模版封装一个排序的函数，可以对不同数据类型数组进行排序
• 排序规则从大到小，排序算法为选择排序
• 分别利用char数组和int数组进行测试

#include <iostream> using namespace std; //实现一个通用的对数组进行排序 //规则 从大到小 //算法 选择排序 //测试 char数组、 int数组 //交换函数模版 template<class T> void mySwap(T& a, T& b) { 	T temp = a; 	a = b; 	b = temp; }  //排序算法 template<class T> void mySort(T arr[],int len) { 	for (int i = 0; i < len; i++) { 		int max = i;//认定最大值的下标 		for (int j = i + 1; j < len; j++) { 		//认定的最大值比遍历出的数据要小，说明j下标的元素才是真正的最大值 			if (arr[max] < arr[j]) { 				max = j;//更新最大值 			} 		} 		if (max != i) { 			//交换max和i元素 		mySwap(arr[max], arr[i]); 		} 	} } //提供打印数组的模版 template <class T> void printArray(T arr[], int len) { 	for (int i = 0; i < len; i++) { 		cout << arr[i] << " "; 	} 	cout << endl; } void test01() { 	//测试char数组 	char charArr[] = "badcfe"; 	int num = sizeof(charArr) / sizeof(char); 	mySort(charArr, num); 	printArray(charArr, num); }  void test02() { 	//测试int数组 	int intArr[] = { 5, 3, 8, 6, 2, 7, 1, 4 }; 	int num = sizeof(intArr) / sizeof(int); 	mySort(intArr, num); 	printArray(intArr, num); }  int main() { 	test01(); 	test02(); 	system("pause"); 	return 0;  }

（四）普通函数和模版的区别

• 普通函数调用时可以发生自动类型转换（隐式类型转换）
• 函数模版调用时，如果利用自动类型推导，不会发生隐式类型转换
• 如果利用显示指定类型的方式，可以发生隐式类型转换

#include <iostream> using namespace std;  //普通函数和函数模版的区别  //1.普通函数调用时可以发生自动类型转换（隐式类型转换） //2.函数模版调用时，如果利用自动类型推导，不会发生隐式类型转换 //3.如果利用显示指定类型的方式，可以发生隐式类型转换  //普通函数 int myAdd01(int a,int b) { 	return a + b; } //函数模版 template <class T> T myAdd02(T a, T b) { 	return a + b; } void test01() { 	int a = 10; 	int b = 20; 	char c = 'c'; 	cout << myAdd01(a, c) << endl; //自动类型转换，c自动转换为int类型    a 97  c 99  	//自动类型推导，不会发生隐式类型转换 	//cout << myAdd02(a, c) << endl; //a 10  c 99 错误  	//显示指定类型，可以发生隐式类型转换 	cout << myAdd02<int>(a, c) << endl; //a 10  c 99 正确 }   int main() { 	test01(); 	system("pause"); 	return 0; }

（五）普通函数与函数模版的调用规则

调用规则如下：

1. 如果函数模版和普通函数都可以实现，优先调用普通函数
2. 可以通过空模版参数列表来强制调用函数模版
3. 函数模版也可以发生重载
4. 如果函数模版可以产生更好的匹配，优先调用函数模版

#include <iostream> using namespace std; //1.如果函数模版和普通函数都可以实现，优先调用普通函数 //2.可以通过空模版参数列表来强制调用函数模版 //3.函数模版也可以发生重载 //4.如果函数模版可以产生更好的匹配，优先调用函数模版  void myPrint(int a, int b) {  	cout << "普通函数调用" << endl; }  template <class T> void myPrint(T a, T b) { 	cout << "调用的模版" << endl; } template <class T> void myPrint(T a, T b, T c) { 	cout << "调用重载的模版" << endl; } void test01() { 	int a = 10; 	int b = 20; 	myPrint(a, b); //优先调用普通函数  	//通过空模版的参数列表，强制调用函数模版 	myPrint<>(a, b); //调用的模版 	myPrint(a, b, 100);//调用重载的模版  	//4.如果函数模版可以产生更好的匹配，优先调用函数模版 	char c1 = 'a'; 	char c2 = 'b'; 	myPrint(c1, c2); //调用的模版 } int main() {  	test01(); 	system("pause"); 	return 0; }

总结：既然提供了函数模版，最好就不要提供普通函数，否则容易出现二义性

（六）模版的局限性

局限性：模版的通用性并不是万能的

#include <iostream> using namespace std;  //模版局限性 //模版并不是万能的，有些特定的数据类型，需要用具体化方式做特殊实现 class Person { public: 	//构造函数 	Person(string name, int age) { 		m_name = name; 		m_age = age; 	} 	//姓名 	string m_name; 	//年龄 	int m_age;   };    //对比两个数据是否相等 template<class T> bool myCompare(T& a, T& b) { 	if (a == b) { 		return true; 	} 	else 	{ 		return false; 	} } //利用具体化的Person的版本，具体化优先调用 template<> bool myCompare(Person& a, Person& b) {  	if (a.m_name == b.m_name && a.m_age == b.m_age) { 		return true; 	} 	else { 		return false; 	} }   void test01() { 	int a = 10; 	int b = 20; 	bool result = myCompare(a, b); 	if (result) { 		cout << "a==b" << endl;  	} 	else 	{ 		cout << "a!=b" << endl; 	} } void test02() { 	Person p1("Tom", 10); 	Person p2("Tom", 10); 	bool ret = myCompare(p1, p2); 	if (ret) { 		cout << "p1==p2" << endl; 	} 	else 	{ 		cout << "p1!=p2" << endl; 	} }  int main() { 	 	test01(); 	test02();  	system("pause"); 	return 0;  }

三、类模版

（一）类模版语法

类模版作用：

• 建立一个通用类，类中的成员数据类型可以不具体指定，用一个虚拟的类型来代表

语法：template<typename T>

           类

#include <iostream>  using namespace std; //类模版 template<class NameType ,class AgeType> class Person { public: 	Person(NameType name, AgeType age) { 		this->m_Name = 	name; 		this->m_Age = age; 	} 	NameType m_Name; 	AgeType m_Age;  	void showPerson() { 		cout << "name：" << this->m_Name << "age:" << this->m_Age << endl; 	} }; void test01() { 	 	Person<string, int> p1("Tom", 20); 	p1.showPerson(); }  int main() { 	test01();   	system("pause"); 	return 0;  }

（二）类模版和函数模版的区别

类模版和与函数模版的区别主要有两点：

1.类模版没用自动类型推导的使用方式

2.类模版在模版参数列表中可以有默认参数

#include <iostream> using namespace std; //类模版和函数模版的区别 template<class NameType,class AgeType> class Person { public: 	Person(NameType name, AgeType age) { 		this->m_name = name; 		this->m_age = age; 	}  	void showPerson() { 		cout << "name:" << this->m_name << "age:" << this->m_age << endl; 	} 	NameType m_name; 	AgeType m_age;   }; //1.类模版没有自动类型推导的方式 void test01() { 	//Person p("Tom", 20); 编译器无法自行推导，没有自动类型转换 	//必须显示声明 	Person<string ,int> p("Tom", 20);//正确 只能显示指定 	p.showPerson(); }  //2.类模版在模版的参数列表中可以有默认参数 //template<class NameType, class AgeType = int> void test02() {  	//Person<string> p1("Tom",999); 正确 }   int main() { 	test01();   	system("pause"); 	return 0; }

（三）类模版中成员函数创建时机

类模版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; //类模版中成员函数创建时机 //类模板中的成员函数在调用时才创建 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; 	//类模版中的成员函数 	void func1() {  		obj.showPerson1(); 	} 	void func2() {  		obj.showPerson2(); 	}  }; //编译通过，因为没有调用 void test01() { 	MyClass<Person1> m; 	m.func1(); 	//m.func2();  } int main() { 	test01();   	system("pause"); 	return 0; }

（四）类模版对象做函数的参数

学习目标：

• 类模版实例化出的对象，向函数传参的方式

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. 参数模块化        ---将对象中的参数变为模版进行传递
3. 整个类模板化    ---将这个对象类型模板化进行传递

#include <iostream> using namespace std; //类模版的对象做函数参数 template <class T1,class T2> class Person { public: 	Person(T1 name, T2 age) { 		this->m_name = name; 		this->m_age = age; 	 	} 	T1 m_name; 	T2 m_age; 	void showPerson() { 	cout<<"姓名："<<this->m_name<<" 年龄："<<this->m_age<<endl; 	} }; //1.指定传入类型 void printPerson(Person<string, int>& p) { 	p.showPerson(); } void test01() { 	Person<string, int>p("孙悟空", 100); 	printPerson(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) { 	P.showPerson(); 	cout<<"T的数据类型为："<<typeid(T).name()<<endl; }   void test03() {  	Person<string, int>p("唐僧", 30); 	printPerson3(p); }    int main() { 	test01(); 	test02(); 	test03(); 	system("pause"); 	return 0; }

（五）类模版与继承

当类模版碰到继承时，需要注意以下几点

• 当子类继承的父类是一个类模版时，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 子类也需变为模版

#include <iostream> using namespace std; //类模版与继承 template<class T> class Base {  	T m; };  //class Son :public Base  错误，必须要知道父类中的T类型，才能继承给子类 class Son :public Base<int> {   }; void test() {  	Son s1; } //2.如果想要灵活的指定父类中的T类型，子类也需要变类模版 template <class T1,class T2> class Son2:public Base<T2>{  	T1 obj; }; void test2() {  	Son2<int,double> s2; }  int main(){ 	  	system("pause"); 	return 0; } 

（六）类模版成员函数的类外实现

总结：类模版中成员函数类外实现是，需要加上模版参数列表

#include <iostream> using namespace std; //类模版中的成员函数的类外实现 template <class T1,class T2> class Person { public: 	Person(T1 name, T2 age);// 	//this->m_Name = name; 	//this->m_Age = age; 	// 		void showPerson();//  		//cout<<"姓名："<<this->m_Name<<"年龄"<<this->m_Age 	// 	T1 m_Name; 	T2 m_Age; };  //构造函数的类外实现（类模版） template <class T1,class T2> Person<T1,T2>::Person(T1 name, T2 age) { 	this->m_Name = name; 	this->m_Age = age;  } template <class T1, class T2> void Person<T1,T2>::showPerson() { 	//cout << "姓名：" << this->m_Name << "年龄" << this->m_Age < endl; 	cout << "姓名：" << this->m_Name << "年龄：" << this->m_Age << endl;  } void test01() { 	Person<string, int> p1("张三", 99); 	p1.showPerson(); }  int main() { 	test01();    	system("pause"); 	return 0;   }

（七）类模版分文件编写

问题：

• 类模版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文件中，并更改后缀名为.hpp，hpp是约定的名称，并不是强制的

person.hpp的代码

#pragma once #include <iostream> using namespace std; template <class T1, class T2> class Person { public: 	Person(T1 name, T2 age); 	void showPerson();  	T1 m_name; 	T2 m_age; }; template<class T1, class T2> Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age) { 	this->m_name = name; 	this->m_age = age; }  template<class T1, class T2> void Person<T1, T2>::showPerson() {  	cout << "姓名：" << this->m_name << endl; 	cout << "年龄：" << this->m_age << endl; }  

person.cpp代码

#pragma once #include <iostream> using namespace std; template <class T1, class T2> class Person { public: 	Person(T1 name, T2 age); 	void showPerson();  	T1 m_name; 	T2 m_age; }; template<class T1, class T2> Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age) { 	this->m_name = name; 	this->m_age = age; }  template<class T1, class T2> void Person<T1, T2>::showPerson() {  	cout << "姓名：" << this->m_name << endl; 	cout << "年龄：" << this->m_age << endl; }  

#include <iostream> //#include "person.cpp" //第一种解决方式直接包含源文件 //第二种解决方式，将.h和.cpp中的内容写到一起，将后缀改为.hpp文件 #include "person.hpp" using namespace std; //类模版的分文件编写问题及解决   //template <class T1,class T2> //class Person { //public: //	Person(T1 name, T2 age); //	void showPerson(); // //	T1 m_name; //	T2 m_age; //};  //template<class T1,class T2> //Person<T1,T2>::Person(T1 name, T2 age) { //	this->m_name = name; //	this->m_age = age; //} // //template<class T1, class T2>  //void Person<T1,T2>::showPerson() { // //	cout<<"姓名："<<this->m_name<<endl; //	cout<<"年龄："<<this->m_age<<endl; //} // void test() { Person<string, int> p("Tom", 66); p.showPerson(); }  int main() { 	test();  	system("pause"); 	return 0; }

（八）类模版与友元

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

#include<iostream> using namespace std; // 通过全局函数打印Person的信息 template<class T1,class T2> class Person;  //类外实现 template<class T1, class T2> void printPerson2(Person<T1, T2> p) { 	cout << "类外-Name: " << p.m_Name << endl; 	cout << "类外-Age: " << p.m_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 << "Name: " << p.m_Name << endl; 		cout << "Age: " << p.m_Age << endl;  	} //全局函数 类外实现 //加空模版的参数列表 //如果全局函数是类外实现的话，需要让编译器提前知道这个函数的存在 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); } 类外实现 //template<class T1,class T2> //void printPerson2(Person<T1, T2> p) { //	cout << "类外-Name: " << p.m_Name << endl; //	cout << "类外-Age: " << p.m_Age << endl; // // // //}  //2.全局函数类外实现测试 void test02() {  	Person<string, int> p("jack", 40); 	printPerson2(p); }  int main() { 	test01(); 	test02(); 	system("pause"); 	return 0; }

（九）类模版案例(未完待续)

案例描述：

• 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
• 提供尾插法和尾删发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容量