26.C++- 泛型编程之类模板(详解)
在上章25.C++- 泛型编程之函数模板(详解) 学习了后,本章继续来学习类模板
类模板介绍
和函数模板一样,将泛型思想应用于类.
编译器对类模板处理方式和函数模板相同,都是进行2次编译
类模板通常应用于数据结构方面,使得类的实现不在关注数据元素的具体类型,而只关注需要实现的功能
比如: 数组类,链表类,Queue类,Stack类等
使用方法
- 通过template关键字来声明,然后通过typename关键字来定义模板类型,如下图所示:
类模板的使用
- 定义对象时,必须指定类模板类型,因为编译器无法推导类型
- 使用具体类型<Type>来定义对象
如下图所示:
初探类模板
写一个类模板,实现不同类型的加减乘除
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
template < typename T >
class Operator
{
public:
T add(T a, T b)
{
return a + b;
}
T minus(T a, T b)
{
return a - b;
}
T multiply(T a, T b)
{
return a * b;
}
T divide(T a, T b)
{
return a / b;
}
};
string operator-(string& l, string& r) //由于string类没有重载减号操作符,所以我们自定义一个
{
return "Minus";
}
int main()
{
Operator<int> op1; //定义对象时,需要指定类模板类型
cout << op1.add(1, 2) << endl;
Operator<string> op2; //定义对象时,需要指定类模板类型
cout << op2.add("D.T.", "Software") << endl;
cout << op2.minus("D.T", "Software") << endl;
return 0;
}运行打印:
3
D.T. Software
Minus类模板的工程应用
- 类模板必须在.h头文件中定义
- 类模板的成员函数不能分开在不同的文件中实现
- 类模板外部定义的成员函数,和模板函数一样,还需要加上模板template <typename T>声明
接下来,我们便修改上面代码定义的Operator类模板,只需要写Operator.h文件即可:
#ifndef _OPERATOR_H
#define _OPERATOR_H
template < typename T >
class Operator
{
public:
T add(T a, T b);
T minus(T a, T b);
T multiply(T a, T b);
T divide(T a, T b);
};
template < typename T > //外部定义的成员函数,都需要加上模板声明
T Operator<T> :: add(T a, T b)
{
return a+b;
}
template < typename T >
T Operator<T> :: minus(T a, T b)
{
return a-b;
}
template < typename T >
T Operator<T> :: multiply(T a, T b)
{
return a*b;
}
template < typename T >
T Operator<T> :: divide(T a, T b)
{
return a/b;
}
#endif多参数类模板
类模板可以定义任意多个不同的类型参数,同时还要必须指定每个模板参数
例如:
template < typename T1,typename T2 >
class Operator
{
public:
void add(T1 a, T2 b);
};
template < typename T1,typename T2 >
void Operator<T1,T2 > :: add(T1 a, T2 b)
{
cout<<a+b<<endl;
}
int main()
{
Operator<int,float> op1; //定义op1对象时,必须指定类模板类型
op1.add(2,2.1); //4.1
return 0;
}运行打印:
4.1从结果来看,上面的类模板好像已经实现了add加法运算.但是却不能支持指针类型.
其实,类模板也可以像函数重载一样, 类模板通过特化的方式可以实现特殊情况.
类模板特化
- 表示可以存在多个相同的类名,但是模板类型都不一致(和函数重载的参数类似)
- 特化类型有完全特化和部分特化两种类型
- 完全特化表示显示指定类型参数,模板声明只需写成template<>,并在类名右侧指定参数,比如:
template < typename T1,typename T2 > //声明的模板参数个数为2个
class Operator //正常的类模板
{
public:
void add(T1 a, T2 b)
{
cout<<a+b<<endl;
}
};
template <> //不需要指定模板类型,因为是完全特化的类模板
class Operator< int , int> //指定类型参数,必须为2个参数,和正常类模板参数个数一致
{
public:
void add(int a, int b)
{
cout<<a+b<<endl;
}
};
int main()
{
Operator<int,int> Op1; //匹配完全特化类模板:class Operator< int,int>
Operator<int,float> Op2; //匹配正常的类模板
return 0;
}- 部分特化表示通过特定规则约束类型参数,模板声明和类似,并在类名右侧指定参数,比如:
template < typename T1,typename T2 > //声明的模板参数个数为2个
class Operator //正常的类模板
{
public:
void add(T1 a, T2 b)
{
cout<<a+b<<endl;
}
};
template < typename T > //有指定模板类型以及指定参数,所以是部分特化的类模板
class Operator< T* ,T*> //指定类型参数,必须为2个参数,和正常类模板参数个数一致
{
public:
void add(T* a, T* b)
{
cout<<*a+*b<<endl;
}
};
int main()
{
Operator<int*,int*> Op1; //匹配部分特化: class Operator< T* ,T*>
Operator<int,float> Op2; //匹配正常的类模板: class Operator
return 0;
}- 编译时,会根据对象定义的类模板类型,首先去匹配完全特化,再来匹配部分特化,最后匹配正常的类模板.
初探类模板特化
#include <iostream>
using namespace std;
template < typename T1,typename T2 >
class Operator //正常的类模板
{
public:
void add(T1 a, T2 b)
{
cout<<"add(T1 a, T2 b)"<<endl;
cout<<a+b<<endl;
}
};
template < typename T >
class Operator<T,T> //部分特化的类模板,当两个参数都一样,调用这个
{
public:
void add(T a, T b)
{
cout<<"add(T a, T b)"<<endl;
cout<<a+b<<endl;
}
};
template < typename T1,typename T2 >
class Operator<T1*,T2*> //部分特化的类模板,当两个参数都是指针,调用这个
{
public:
void add(T1* a, T2* b)
{
cout<<"add(T1* a, T2* b)"<<endl;
cout<<*a+*b<<endl;
}
};
template < >
class Operator<void*,void*> //完全特化的类模板,当两个参数都是void*,调用这个
{
public:
void add(void* a, void* b)
{
cout<<"add(void* a, void* b)"<<endl;
cout<<"add void* Error"<<endl; //void*无法进行加法
}
};
int main()
{
int *p1 = new int(1);
float *p2 = new float(1.25);
Operator<int,float> Op1; //匹配正常的类模板:class Operator
Op1.add(1,1.5);
Operator<int,int> Op2; //匹配部分特化的类模板:class Operator<T,T>
Op2.add(1,4);
Operator<int*,float*> Op3; //匹配部分特化的类模板:class Operator<T1*,T2*>
Op3.add(p1,p2);
Operator<void*,void*> Op4; //匹配完全特化的类模板:class Operator<void*,void*>
Op4.add(NULL,NULL);
delete p1;
delete p2;
return 0;
}运行打印:
add(T1 a, T2 b)
2.5
add(T a, T b)
5
add(T1* a, T2* b)
2.25
add(void* a, void* b)
add void* Error数值型模板参数
之前,我们学习的模板参数都是带泛型的(表示不同类型),其实模板参数也可以是数值型参数,如下图所示:
- 数值型模板参数必须在编译时被唯一确定
比如: 变量在运行期间是可变的,所以不能作为模板参数.以及浮点数(不精确),类对象(可变)等等.
接下来,我们便通过数值参数的类模板来求 1+2+3+...+N的值
代码如下所示:
template < int N >
class Sum
{
public:
static const int VALUE = Sum<N-1>::VALUE + N; //定义静态常量并赋值
};
template < >
class Sum < 1 >
{
public:
static const int VALUE = 1;
};
int main()
{
cout << "1 + 2 + 3 + ... + 10 = " << Sum<10>::VALUE << endl;
cout << "1 + 2 + 3 + ... + 100 = " << Sum<100>::VALUE << endl;
return 0;
}运行打印:
1 + 2 + 3 + ... + 10 = 55
1 + 2 + 3 + ... + 100 = 5050本文参与 腾讯云自媒体分享计划，分享自作者个人站点/博客。
原始发表：2018-04-10 ，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除
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