【C++】泛型编程 ⑬ ( 类模板示例 - 数组类模板 | 构造函数和析构函数的声明与实现 | 普通成员函数的声明与实现 | 外部友元函数的声明与实现 )

韩曙亮

发布于 2023-11-24 10:18:16

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发布于 2023-11-24 10:18:16

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一、类模板示例 - 数组类模板

1、需求分析

类模板的作用就是令算法和数据类型分离 ;

本篇博客中开始使用类模板开发一个数组类 , 数组中可以维护不同类型的元素数据 , 如 : int , char , 自定义类 ;

数组类模板中 , 需要开发的要素如下 :

构造函数 , 初始化数组数据 ;
拷贝构造函数 , 根据一个现有的数组类模板对象 , 创建一个新的实例对象 ;
左移 << 运算符重载 , 用于向 cout 中输出字符 , 打印数据到命令行 ; 需要使用友元函数在外部实现 ;
下标 [] 运算符重载 , 用于读取数组中的数据 ;
等号 = 运算符重载 , 用于对比数组实例对象 ;

数组的数据类型 , 直接使用泛型 T 类型 , 这样数组就可以作为容器 , 存放任意类型的数据 ;

template <typename T>
class Array
{
private:
	// 数组长度
	int m_length;

	// 指向数组数据内存 的指针
	// 指针类型 是 泛型类型 T
	T* m_space;
};

2、构造函数和析构函数的声明与实现

在声明类时 , 前面加上模板类型声明 template <typename T> , 说明在类中要使用类型 T ;

在 Array 类中 , 声明构造函数 , 拷贝构造函数 , 析构函数 , 不需要显示注明类型 T ;

声明构造函数 , 拷贝构造函数 , 析构函数 :

template <typename T>
class Array
{
public:
	// 有参构造函数
	Array(int len = 0);

	// 拷贝构造函数
	Array(const Array& array);

	// 析构函数
	~Array();
}

实现构造函数 , 拷贝构造函数 , 析构函数 :

在类模板外部访问类模板中声明的函数 ,

先显示声明模板类型 template <typename T> ,

然后在下面使用域作用符访问类模板中的函数 , 域作用符前面的类型 , 需要注明实际类型 , 这里使用 Array<T>:: 访问类模板中的函数 ;

注意 : 如果在函数参数和函数返回值中 , 使用到了 Array 类型 , 那么也必须加上实际类型 <T> , 否则编译时会报错 ; 在函数体中使用到了 Array 类型 , 可以不加实际类型 <T> ;

构造函数和拷贝构造函数中 , 创建 T 类型的数组 , 使用 m_space = new T[m_length] 代码即可 ;

// 有参构造函数
template <typename T>
Array<T>::Array(int len)
{
	// 设置数组长度
	m_length = len;

	// 为数组在堆内存中分配内存
	// 注意 元素类型为 T
	m_space = new T[m_length];

	cout << " 调用有参构造函数 " << endl;
}

// 拷贝构造函数
// 这是一个深拷贝 拷贝构造函数
template <typename T>
Array<T>::Array(const Array<T>& array)
{
	// 设置数组长度
	m_length = array.m_length;

	// 创建数组
	// 注意 元素类型为 T
	m_space = new T[m_length];

	// 为数组赋值
	for (int i = 0; i < m_length; i++)
	{
		m_space[i] = array.m_space[i];
	}

	cout << " 调用拷贝构造函数 " << endl;
}

// 析构函数
template <typename T>
Array<T>::~Array()
{
	if (m_space != NULL)
	{
		// 释放 new T[m_length] 分配的内存 
		delete[] m_space;
		m_space = NULL;
		m_length = 0;
	}

	cout << " 调用析构函数 " << endl;
}

3、普通成员函数的声明与实现

重载数组下标 [] 操作符 , 使用类模板内部的成员函数即可完成 ;

普通成员函数的声明 :

数组下标运算符重载 , 返回值是一个 T 类型的数据的引用 ;

数组下标操作符只有一个操作数 , 就是数组的下标 , int 类型的值 ;

template <typename T>
class Array
{
public:
	// 数组下标 [] 操作符重载
	// 数组元素类型是 T 类型
	T& operator[](int i);
}

普通成员函数的实现 :

类模板外部实现数组下标 [] 操作符重载函数 ,

首先 , 注明模板类型 template <typename T> , 在本次函数实现中需要使用该泛型类型 ;

然后 , 通过域作用符访问函数名声 , 注意如果遇到函数参数或返回值类型中涉及到了数组类型 , 需要在类模板类型后注明实际类型 <T> ;

// 数组下标 [] 操作符重载
template <typename T>
T& Array<T>::operator[](int i)
{
	return m_space[i];
}

4、外部友元函数的声明与实现

重载左移 << 操作符 , 由于左移操作符的做操作数是 cout 是 ostream 引用类型的 , 右操作数是数组本身类型引用 , 返回值是 ostream 引用类型以便可以进行链式调用 ;

因此 , 该左移 << 操作符不能在类模板内部定义 , 类模板内部定义的操作符重载函数 , 其左操作数必须是类本身 ;

外部友元函数的声明 :

声明时 , 需要在函数名和参数列表之间注明泛型类型 <T>;

实现时 , 不能在函数名和参数列表之间注明泛型类型 <T> ;

template <typename T>
class Array
{
	// 左移 << 操作符重载
	// 注意 声明时 , 需要在 函数名 和 参数列表之间 注明 泛型类型 <T>
	//		实现时 , 不能在 函数名 和 参数列表之间 注明 泛型类型 <T>
	friend ostream& operator<< <T> (ostream& out, const Array& a);
}

外部友元函数的实现 : 在外部实现类模板的友元函数 ,

首先 , 还是注明模板类型 , template <typename T> ;

然后 , 在函数参数 / 返回值类型是数组类型时 , 需要添加 <T> 类型标识 ;

声明时 , 需要在函数名和参数列表之间注明泛型类型 <T>;

实现时 , 不能在函数名和参数列表之间注明泛型类型 <T> ;

// 左移 << 操作符重载
// 注意 声明时 , 需要在 函数名 和 参数列表之间 注明 泛型类型 <T>
//		实现时 , 不能在 函数名 和 参数列表之间 注明 泛型类型 <T>
template <typename T>
ostream& operator<< (ostream& out, const Array<T>& a)
{
	for (int i = 0; i < a.m_length; i++)
	{
		// 在一行内输入数据, 使用空格隔开, 不换行
		out << a.m_space[i] << " ";
	}
	// 换行
	out << endl;
	return out;
}

二、完整代码示例

1、Array.h 头文件

#pragma once

#include "iostream"
using namespace std;

template <typename T>
class Array
{
	// 左移 << 操作符重载
	// 注意 声明时 , 需要在 函数名 和 参数列表之间 注明 泛型类型 <T>
	//		实现时 , 不能在 函数名 和 参数列表之间 注明 泛型类型 <T>
	friend ostream& operator<< <T> (ostream& out, const Array& a);

public:
	// 有参构造函数
	Array(int len = 0);

	// 拷贝构造函数
	Array(const Array& array);

	// 析构函数
	~Array();

public:
	// 数组下标 [] 操作符重载
	// 数组元素类型是 T 类型
	T& operator[](int i);

	// 等号 = 操作符重载
	Array& operator=(const Array& a);

private:
	// 数组长度
	int m_length;

	// 指向数组数据内存 的指针
	// 指针类型 是 泛型类型 T
	T* m_space;
};

2、Array.cpp 代码文件

#include "Array.h"

// 左移 << 操作符重载
// 注意 声明时 , 需要在 函数名 和 参数列表之间 注明 泛型类型 <T>
//		实现时 , 不能在 函数名 和 参数列表之间 注明 泛型类型 <T>
template <typename T>
ostream& operator<< (ostream& out, const Array<T>& a)
{
	for (int i = 0; i < a.m_length; i++)
	{
		// 在一行内输入数据, 使用空格隔开, 不换行
		out << a.m_space[i] << " ";
	}
	// 换行
	out << endl;
	return out;
}


// 有参构造函数
template <typename T>
Array<T>::Array(int len)
{
	// 设置数组长度
	m_length = len;

	// 为数组在堆内存中分配内存
	// 注意 元素类型为 T
	m_space = new T[m_length];

	cout << " 调用有参构造函数 " << endl;
}

// 拷贝构造函数
// 这是一个深拷贝 拷贝构造函数
template <typename T>
Array<T>::Array(const Array<T>& array)
{
	// 设置数组长度
	m_length = array.m_length;

	// 创建数组
	// 注意 元素类型为 T
	m_space = new T[m_length];

	// 为数组赋值
	for (int i = 0; i < m_length; i++)
	{
		m_space[i] = array.m_space[i];
	}

	cout << " 调用拷贝构造函数 " << endl;
}

// 析构函数
template <typename T>
Array<T>::~Array()
{
	if (m_space != NULL)
	{
		// 释放 new T[m_length] 分配的内存 
		delete[] m_space;
		m_space = NULL;
		m_length = 0;
	}

	cout << " 调用析构函数 " << endl;
}

// 数组下标 [] 操作符重载
template <typename T>
T& Array<T>::operator[](int i)
{
	return m_space[i];
}

// 等号 = 操作符重载
template <typename T>
Array<T>& Array<T>::operator=(const Array<T>& a)
{
	if (this->m_space != NULL)
	{
		// 释放 new int[m_length] 分配的内存 
		delete[] this->m_space;
		this->m_space = NULL;
	}

	// 设置数组长度
	this->m_length = a.m_length;

	// 创建数组
	this->m_space = new T[m_length];

	// 为数组赋值
	for (int i = 0; i < m_length; i++)
	{
		this->m_space[i] = a.m_space[i];
	}

	cout << " 调用 等号 = 操作符重载 函数" << endl;

	// 返回是引用类型
	// 返回引用就是返回本身
	// 将 this 指针解引用, 即可获取数组本身
	return *this;
}

3、Test.cpp 主函数代码文件

#include "iostream"
using namespace std; 

// 此处注意, 类模板 声明与实现 分开编写
// 由于有 二次编译 导致 导入 .h 头文件 类模板函数声明 无法找到 函数实现
// 必须 导入 cpp 文件
#include "Array.cpp"

int main() {

	// 验证 有参构造函数
	Array<int> array(3);

	for (int i = 0; i < 3; i++)
	{
		// 验证下标操作符
		array[i] = i;
	}

	// 验证左移操作符
	cout << array << endl;

	// 验证拷贝构造函数
	Array<int> array2 = array;

	// 验证左移操作符
	cout << array2 << endl;
	
	// 控制台暂停 , 按任意键继续向后执行
	system("pause");

	return 0;
}

4、执行结果

执行结果 :

 调用有参构造函数
0 1 2

 调用拷贝构造函数
0 1 2

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原始发表：2023-11-23，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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