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C++中的类模板（黑马程序员）

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类模板

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类模板

1.1 类模板语法

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

示例：

// 类模板
template<class NameType,class AgeType>
class Person {
public:
	Person(AgeType a, NameType b):m_num(a), m_name(b){}
	AgeType m_num;
	NameType m_name;
	void showPerson() {
		cout << "name=" << m_name << "   "
			<< "age=" << m_num << "   " << endl;
	}
};

综合：

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
#include<fstream>

// 类模板
template<class NameType,class AgeType>
class Person {
public:
	Person(AgeType a, NameType b):m_num(a), m_name(b){}
	AgeType m_num;
	NameType m_name;
	void showPerson() {
		cout << "name=" << m_name << "   "
			<< "age=" << m_num << "   " << endl;
	}
};





void test01() {
	Person<string,int>p1(155, "dwa");
	p1.showPerson();
}



int main() {
	test01();
	cin.get();
	return 0;
}

在这里插入图片描述

注意：由于类中各个成员属性的数据类型不同，可能需要指定多个T。

1.2 类模板与函数模板区别

类模板与函数模板区别主要有两点：

  1. 类模板没有自动类型推导的使用方式
    在这里插入图片描述

  1. 类模板在模板参数列表中可以有默认参数
#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
#include<fstream>
/*类模板与函数模板区别主要有两点：

1. 类模板没有自动类型推导的使用方式
2. 类模板在模板参数列表中可以有默认参数

*/
// 注意默认参数的写法
template<class NameType,class AgeType=int >
class Person {
public:
	Person(NameType a,AgeType b) {
		m_name = a;
		m_age = b;
	}
	void showPerson() {
		cout << "姓名：" << m_name << "    "
			<< "年龄：" << m_age << endl << endl;
	}
	NameType m_name;
	AgeType m_age;

};
// 1.类模板没有自动推导类型
void test01() {
	//Person p;
	//p1("Tom", 36);报错
	 //Person p<int,string>;     //这样也不行
	
	//只能下面这样
	// 如果传了参数就用传入的参数。没有传入参数就用默认数据类型
	Person<string, int>p1("Tom", 36);
	Person<int, string>p2(55, "JACK");
	p1.showPerson();
	p2.showPerson();

	
}
// 类模板在模板参数列表中可以有默认参数
void test02() {
	// 如果传了参数就用传入的参数。没有传入参数就用默认数据类型
	Person<string>p("FAZE",556);
	p.showPerson();
	
}
int main() {
	test01();
	test02();
	cin.get();
	return 0;
}

在这里插入图片描述

1.3 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;
#include<fstream>
#include<string>
class Person1 {
public:
	
	void showPerson1() {
		cout << "Person1 " << endl;
	}

};
class Person2 {
public:
	void showPerson2() {
		cout << "Person2" << endl;
	}


};
template<class T>
class Person3 {
public:
	T obj;
	// 类模板中的成员函数
	// 正常情况下下面的两个函数的代码不能编译通过，因为obj的类型都 无法确认，showPerson（）从哪来呢？
	// 但因为类模板中的成员函数是在调用时才创建的，不去调用就不会创建。所以下面两个函数可以编译通过
	// 所以类模板中的成员函数可能有语法错误，但也能通过编译
	void func1() {
		obj.showPerson1();
	}
	void func2() {
		obj.showPerson2();
	}


};

void test01() {
	Person3<Person1>p1;
	Person3<Person2>p2;
	p1.func1();
	// p1.func2();这里就会报错了，类模板调用时创建对象。showPerson2()不是Person1的成员函数
	p2.func2();
}

int main() {
	test01();

	cin.get();
	return 0;


}

在这里插入图片描述

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。

1.4 类模板对象做函数参数(主要了解类模板实例化出的对象后，如何向函数传参）

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

类模板如下：

template<class T1,class T2>
class Person {
public:
	T1 m_name;
	T2 m_age;
	Person(T1 a, T2 b) :m_name(a), m_age(b) {

	}
	void showPerson() {
		cout << "姓名：" << m_name << "    "
			<< "年龄：" << m_age << endl << endl;
	}

};
  1. 指定传入的类型 — 直接显示对象的数据类型
    类模板的对象做函数的参数

实例化出来的是什么对象，那么参数就照着写，不过参数要是引用
(实参是怎么样的类型，形参就是怎样的类型，不过形参时引用而已。)

void printPerson1(Person<string,int>&p) {
	p.showPerson();
}
void test01() {
// 实例化出来的是Person<string,int>p1;那么参数就照着抄（记得传的是引用），也是Person<string,int>&p;
	Person<string, int>p1("Tom", 36);
	cout << "指定参数类型：" << endl;
	printPerson1(p1); cout << endl;
	
}

提示：如何查看编译器推导出来的T是什么数据类型呢？用typeid（）函数

cout << "T1的类型为：" << typeid(T1).name() << endl
	<< "T2的类型为：" << typeid(T2).name() << endl;

假如T1为string，T2为int型那么结果如下：

string的全名非常长
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

  1. 参数模板化 — 将对象中的参数变为模板进行传递
template<class T1,class T2>
void printPerson2(Person<T1,T2>&p) {
	cout << "T1的类型为：" << typeid(T1).name() << endl
		<< "T2的类型为：" << typeid(T2).name() << endl;
	p.showPerson();
}
void test02() {
	Person<string, int>p2("FAZE", 555);
	cout << "参数模板化：" << endl;
	printPerson2(p2);
	cout << endl;
}
  1. 整个类模板化 — 将这个对象类型 模板化进行传递
template<class T>
void printPerson3(T &p) {
	cout << "T的类型为：" << typeid(T).name() << endl;
	p.showPerson();
}
void test03() {
	Person<string, int>p3("NAVI", 686);
	cout << "整个类模板化：" << endl;
	printPerson3(p3);
	cout << endl;
}

综合：

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>



/*
学习目标：

* 类模板实例化出的对象，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

*/

template<class T1,class T2>
class Person {
public:
	T1 m_name;
	T2 m_age;
	Person(T1 a, T2 b) :m_name(a), m_age(b) {

	}
	void showPerson() {
		cout << "姓名：" << m_name << "    "
			<< "年龄：" << m_age << endl << endl;
	}

};





// 1.指定传入类型
void printPerson1(Person<string,int>&p) {
	p.showPerson();
}
void test01() {
	Person<string, int>p1("Tom", 36);
	cout << "指定参数类型：" << endl;
	printPerson1(p1); cout << endl;
	
}

// 2.参数模板化
template<class T1,class T2>
void printPerson2(Person<T1,T2>&p) {
	cout << "T1的类型为：" << typeid(T1).name() << endl
	<< "T2的类型为：" << typeid(T2).name() << endl;
	p.showPerson();
}
void test02() {
	Person<string, int>p2("FAZE", 555);
	cout << "参数模板化：" << endl;
	printPerson2(p2);
	cout << endl;
}

// 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>p3("NAVI", 686);
	cout << "整个类模板化：" << endl;
	printPerson3(p3);
	cout << endl;
}
int main() {
	test01();
	test02();
	test03();
	cin.get();
	return 0;
}

在这里插入图片描述

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

1.5 类模板与继承

当类模板碰到继承时，需要注意一下几点：

  • 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
    在这里插入图片描述

  • 如果想灵活指定出父类中T的类型，子类也需变为类模板

在这里插入图片描述

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
/*
当类模板碰到继承时，需要注意一下几点：

* 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

*/



// 类模板与继承
template<class T>
class Base {
public:
	T m;

};
class Son1:public Base<int>{};
template<class T1,class T2>
class Son2 :public Base<T2> {
public:
	T1 obj;
	// 构造函数如下 
    Son2(T1 a):obj(a){}
};




void test01() {
	Son2<string,int>s2("Tom");
	s2.m = 55;
	cout << s2.obj << endl;
	cout << s2.m << endl;
}
void test02() {
	
}
void test03() {

}




int main() {
	test01();
	test02();
	test03();
	cin.get();
	return 0;
}

在这里插入图片描述
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

1.6 类模板成员函数类外实现

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>




// 类模板成员函数的类外实现
template<class T1,class T2>
class Person {
public:
	T1 m_name;
	T2 m_age;
	// 类内声明，类外实现
	Person(T1 a, T2 b);

	
	void showPerson();
};
// 构造函数类外声明,注意还得重新声明一下template
template<class T1,class T2>
// 一定要记得这是类模板的类外实现，不是普通类的类外实现
// 要写成Person<T1,T2>::Person
// 不要写成Person::Person!!
Person<T1,T2>::Person(T1 a,T2 b):m_name(a),m_age(b){}
template<class T1,class T2>
void Person<T1,T2>::showPerson() {
	cout << "姓名：" << m_name << "    "
		<< "年龄：" << m_age << endl << endl;
}




void test01() {
	Person<string, int>p1("TOM", 36);
	p1.showPerson();

}
int main() {
	test01();
	cin.get();
	return 0;

}

在这里插入图片描述

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

1.7 类模板分文件编写。实际开发中有很多类，不可能把这么多类全写到一个文件中。

学习目标：

  • 掌握类模板成员函数分文件编写产生的问题以及解决方式

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

仿照关于类的分文件编写来编写类模板，看看有没有什么问题

Person.h

#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>



template<class T1, class T2>
class Person {
public:
	T1 m_name;
	T2 m_age;
	Person(T1 a, T2 b);


	void showPerson();
};

Person.cpp

#include"Person.h"

template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 a, T2 b) :m_name(a), m_age(b) {}
template<class T1, class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson() {
	cout << "姓名：" << m_name << "    "
		<< "年龄：" << m_age << endl << endl;
}

包含main函数文件

#include"Person.hpp"





void test01() {
	Person<string, int>p("孙悟空", 100);
	p.showPerson();


}


int main() {

	test01();
	return 0;



}

发现报错，无法解析的外部命令：
在这里插入图片描述
原因也很简单：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。在包含main函数的文件中将导入的Person.h改为Person.cpp

因为类模板的成员函数一开始是不会创建的，但是当我们main函数的文件去包含Person.h的时候，编译器并不会在Person.cpp中生成头文件中定义好的函数
（cpp文件中写的是成员函数的实现，但成员函数根本没创建 ），所以在链接的时候，编译器根本不知道有这些成员函数的实现，也就是说编译器根本看不到CPP文件中的代码！！但我直接包含.cpp文件那么编译器就知道有成员函数的实现代码了，然后.cpp中又导入了.h的文件，编译器也能看到.h中的代码。

  • 解决方式2：将声明(.h文件的内容)和实现(.cpp文件中的内容)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

Person.hpp

#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>



template<class T1, class T2>
class Person {
public:
	T1 m_name;
	T2 m_age;
	Person(T1 a, T2 b);


	void showPerson();
};


template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 a, T2 b) :m_name(a), m_age(b) {}
template<class T1, class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson() {
	cout << "姓名：" << m_name << "    "
		<< "年龄：" << m_age << endl << endl;
}

main函数

#include"Person.hpp"





void test01() {
	Person<string, int>p("孙悟空", 100);
	p.showPerson();


}


int main() {

	test01();
	return 0;



}

在这里插入图片描述

总结：主流的解决方式是第二种，将类模板成员函数写到一起，并将后缀名改为.hpp

1.8 类模板与友元

学习目标：

  • 掌握类模板配合友元函数的类内和类外实现

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

  1. 如果全局函数作友元类内实现的话，则非常简单
template<class T1, class T2>
void print2Person(Person<T1, T2> p);
// 通过全局函数 打印Person信息
template<class T1, class T2>
class Person {
	// 全局函数，类内实现
	// 全局函数做友元，强烈建议类内实现。非常简单
	friend void printPerson(Person<T1, T2> p) {
		cout << "全局函数，类内实现：" << endl;
		cout << "姓名：" << p.m_name << "    "
			<< "年龄：" << p.m_age << endl << endl;
	}
	public:
Person(T1 name, T2 age)
	{
		this->m_Name = name;
		this->m_Age = age;
	}


	
private:
	T1 m_name;
	T2 m_age;
};
  1. 全局函数作友元类外实现的话则较为复杂：
// 1.首要告诉编译器有Person类这个模板，待会print2Person（）函数会用到
template<class T1, class T2>
class Person;




// 2.全局函数，类外实现
// 首先也得让编译器知道有这个全局函数，干脆直接在这函数实现也写了算了
// 如果在这写个声明后面再写实现的话太麻烦了，还要声明两次template
// 所以如果全局函数做友元在类外实现的话，一定得写在被访问的那个类的上方！！
template<class T1, class T2>
void print2Person(Person<T1, T2> p) {
	cout << "全局函数，类外实现：" << endl;
	cout << "姓名：" << p.m_name << "    "
		<< "年龄：" << p.m_age << endl << endl;
}






template<class T1, class T2>
void print2Person(Person<T1, T2> p);
// 通过全局函数 打印Person信息
template<class T1, class T2>
class Person {
	
	// 3.全局函数，类外实现
	// 加一个空模板参数列表，为什么要加一个空模板参数列表呢？
	// 如果不加空模板参数列表：friend void print2Person(Person<T1, T2> p);
	// 编译器会认为它是个普通函数，而我们上面写的又是一个函数模板，这两者发生了冲突
	// 所以加个空模板参数列表，告诉编译器这就是上面那个模板函数，并且是Person的友元函数
public:
	// 如果我们的全局函数是类外实现，需要让编译器提前知道这个函数的存在
	friend void print2Person<>(Person<T1, T2> p);
public:
	Person(T1 name, T2 age);
	


private:
	T1 m_name;
	T2 m_age;
};

综合：

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
// 1.首要告诉编译器有Person这个类模板，待会print2Person（）函数会用到
template<class T1, class T2>
class Person;




// 2.全局函数，类外实现
// 首先也得让编译器知道有这个全局函数，干脆直接在这函数实现也写了算了
// 如果在这写个声明后面再写实现的话太麻烦了，还要声明两次template
// 所以如果全局函数做友元在类外实现的话，一定得写在被访问的那个类的上方！！
template<class T1, class T2>
void print2Person(Person<T1, T2> p) {
	cout << "全局函数，类外实现：" << endl;
	cout << "姓名：" << p.m_name << "    "
		<< "年龄：" << p.m_age << endl << endl;
}






template<class T1, class T2>
void print2Person(Person<T1, T2> p);
// 通过全局函数 打印Person信息
template<class T1, class T2>
class Person {
	// 全局函数，类内实现
	// 全局函数做友元，强烈建议类内实现。非常简单
	friend void printPerson(Person<T1, T2> p) {
		cout << "全局函数，类内实现：" << endl;
		cout << "姓名：" << p.m_name << "    "
			<< "年龄：" << p.m_age << endl << endl;
	}
	// 3.全局函数，类外实现
	// 加一个空模板参数列表，为什么要加一个空模板参数列表呢？
	// 如果不加空模板参数列表：friend void print2Person(Person<T1, T2> p);
	// 编译器会认为它是个普通函数，而我们上面写的又是一个函数模板，这两者发生了冲突
	// 所以加个空模板参数列表，告诉编译器这就是上面那个模板函数，并且是Person的友元函数
public:
	// 如果我们的全局函数是类外实现，需要让编译器提前知道这个函数的存在
	friend void print2Person<>(Person<T1, T2> p);
public:
	Person(T1 name, T2 age);
	


private:
	T1 m_name;
	T2 m_age;
};
template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 a, T2 b) :m_name(a), m_age(b) {}


/*template<class T1, class T2>
void print2Person(Person<T1, T2> p) {
	cout << "全局函数，类外实现：" << endl;
	cout << "姓名：" << p.m_name << "    "
		<< "年龄：" << p.m_age << endl << endl;
}*/


// 全局函数类内实现的测试
void test01() {
	Person<string, int> p1("Tom", 360);
	printPerson(p1);
}
// 全局函数类外实现的测试
void test02() {
	Person<string, int> p2("FAZE", 555);
	print2Person(p2);
}


int main() {
	test01();
	test02();
	cin.get();
	return 0;



}

在这里插入图片描述

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

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