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c++通用模板类(template class)定义实现详细介绍

 
    发布时间:2013-10-22  


    本文导语:  有时,有两个或多个类,其功能是相同的,仅仅是数据类型不同,如下面语句声明了一个类:class Compare_int { public : Compare(int a,int b) { x=a; y=b; } int max( ) { return (x>y)?x:y; } int min( ) { return (x&...

有时,有两个或多个,其功能是相同的,仅仅是数据类型不同,如下面语句声明了一个类:

class Compare_int
{
   public :
   Compare(int a,int b)
   {
      x=a;
      y=b;
   }
   int max( )
   {
      return (x>y)?x:y;
}
int min( )
{
   return (x<y)?x:y;}
   private :
   int x,y;
};

其作用是对两个整数作比较,可以通过调用成员函数maxmin得到两个整数中的大者和小者。如果想对两个浮点数(float型)作比较,需要另外声明一个类:

class Compare_float
{
   public :
   Compare(float a,float b)
   {x=a;y=b;}
   float max( )
   {return (x>y)?x:y;}
   float min( )
   {return (x<y)?x:y;}
   private :
   float x,y;
}

显然这基本上是重复性的工作,应该有办法减少重复的工作。

   c++在发展的后期增加了模板(template)的功能,提供了解决这类问题的途径。可以声明一个通用的类模板,它可以有一个或多个虚拟的类型参数,如对以上两个类可以综合写出以下的类模板:

template <class numtype> //声明一个模板,虚拟类型名为numtype
class Compare //类模板名为Compare
{
   public :
   Compare(numtype a,numtype b)
   {x=a;y=b;}
   numtype max( )
   {return (x>y)?x:y;}
   numtype min( )
   {return (x<y)?x:y;}
   private :
   numtype x,y;
};

请将此类模板和前面第一个Compare_int类作一比较,可以看到有两处不同:

1)声明类模板时要增加一行  

template <class 类型参数名>

2)原有的类型名int换成虚拟类型参数名numtype。

   在建立类对象时,如果将实际类型指定为int型,编译系统就会用int取代所有的numtype,如果指定为float型,就用float取代所有的numtype。这样就能实现“一类多用”。由于类模板包含类型参数,因此又称为参数化的类。如果说类是对象的抽象,对象是类的实例,则类模板是类的抽象,类是类模板的实例。利用类模板可以建立含各种数据类型的类。在声明了一个类模板后,怎样使用它?怎样使它变成一个实际的类?

先回顾一下用类来定义对象的方法

  Compare_int cmp1(4,7); // Compare_int是已声明的类

用类模板定义对象的方法与此相似,但是不能直接写成

  Compare cmp(4,7); // Compare是类模板名

  Compare是类模板名,而不是一个具体的类,类模板体中的类型numtype并不是一个实际的类型,只是一个虚拟的类型,无法用它去定义对象。

必须用实际类型名去取代虚拟的类型,具体的做法是:

  Compare <int> cmp(4,7);

即在类模板名之后在尖括号内指定实际的类型名,在进行编译时,编译系统就用int取代类模板中的类型参数numtype,这样就把类模板具体化了,或者说实例化了。这时Compare<int>就相当于前面介绍的Compare_int类。

例子:声明一个类模板,利用它分别实现两个整数、浮点数和字符的比较,求出大数和小数。

#include <iostream>
using namespace std;
template <class numtype>
//定义类模板
class Compare
{
   public :
   Compare(numtype a,numtype b)
   {x=a;y=b;}
   numtype max( )
   {return (x>y)?x:y;}
   numtype min( )
   {return (x<y)?x:y;}
   private :
   numtype x,y;
};
int main( )
{
   Compare<int > cmp1(3,7);//定义对象cmp1,用于两个整数的比较
   cout<<cmp1.max( )<<″ is the Maximum of two integer numbers.″<<endl;
   cout<<cmp1.min( )<<″ is the Minimum of two integer numbers.″<<endl<<endl;
   Compare<float > cmp2(45.78,93.6); //定义对象cmp2,用于两个浮点数的比较
   cout<<cmp2.max( )<<″ is the Maximum of two float numbers.″<<endl;
   cout<<cmp2.min( )<<″ is the Minimum of two float numbers.″<<endl<<endl;
   Compare<char> cmp3(′a′,′A′); //定义对象cmp3,用于两个字符的比较
   cout<<cmp3.max( )<<″ is the Maximum of two characters.″<<endl;
   cout<<cmp3.min( )<<″ is the Minimum of two characters.″<<endl;
   return 0;
}

运行结果如下:

7 is the Maximum of two integers.
3 is the Minimum of two integers.
93.6 is the Maximum of two float numbers.
45.78 is the Minimum of two float numbers.
a is the Maximum of two characters.
A is the Minimum of two characters.

还有一个问题要说明: 上面列出的类模板中的成员函数是在类模板内定义的。如果改为在类模板外定义,不能用一般定义类成员函数的形式:

  numtype Compare::max( ) {…} //不能这样定义类模板中的成员函数

而应当写成类模板的形式:

  template <class numtype>

  numtype Compare<numtype>::max( )

  {{return (x>y)?x:y;}

归纳以上的介绍,可以这样声明和使用类模板:

先写出一个实际的类。由于其语义明确,含义清楚,一般不会出错。

将此类中准备改变的类型名(如int要改变为float或char)改用一个自己指定的虚拟类型名(如上例中的numtype)。

在类声明前面加入一行,格式

template <class 虚拟类型参数>,如

template <class numtype> //注意本行末尾无分号

class Compare

{…}; //类体

用类模板定义对象时用以下形式:

  类模板名<实际类型名> 对象名;

  类模板名<实际类型名> 对象名(实参表列);

  Compare<int> cmp;

  Compare<int> cmp(3,7);

如果在类模板外定义成员函数,应写成类模板形式:

  template <class 虚拟类型参数>

  函数类型 类模板名<虚拟类型参数>::成员函数名(函数形参表列) {…}


关于类模板的几点说明:

类模板的类型参数可以有一个或多个,每个类型前面都必须加class,如

template <class T1,class T2>

class someclass

{…};

在定义对象时分别代入实际的类型名,如

  someclass<int,double> obj;

和使用类一样,使用类模板时要注意其作用域,只能在其有效作用域内用它定义对象。

模板可以有层次,一个类模板可以作为基类,派生出派生模板类。

模板类和重载函数一起使用

    两者一起使用时,先考虑重载函数,后考虑模板类,如过再找不到,就考虑类型转换,可能会带来精度的变化。

#include <iostream>
using namespace std ;
 //函数模板
template <class T> 
const T MAX(T a , T b)
{
   printf("%sn" , "template") ;
   return (a > b) ? a : b ;    
}
int MAX(int x , int y)
{
    printf("%sn" , "int int" );
    return (x > y) ? x : y ;    
}
int MAX(char x , int y)
{
    printf("%sn" , "char int" );
    return (x > y) ? x : y ;    
}
int MAX(int x , char y)
{
    printf("%sn" , "int char" );
    return (x > y) ? x : y ;   
}
int main()
{ 
   int   a = 3 , b = 5 ;
   char x = 'x' ;
   double c = 3.4  ;
   cout<<MAX(a , b)<<endl ; //调用重载函数
   cout<<MAX(c , d)<<endl ; //无对应的重载函数,则调用模板
  cout<<MAX(a , x)<<endl ; //重载函数
  cout<<MAX(x , a)<<endl ; //重载函数
  cout<<MAX(c , a)<<endl ;
   cout<<MAX(a) ;
   system("pause") ;
   return 0 ;  
}

类定义体外定义的成员函数,应该使用函数模板.

#include <iostream>
  using namespace std ;
  template <class T>
  class Base
  {
    public :   
     T a ;
     Base(T b)
     {
       a = b ;   
     }  
     T getA(){return a ;} //类内定义
     void setA(T c);   
  } ;
  template <class T>   //模板在类外的定义
  void  Base<T>::setA(T c)
   {
     a = c ;           
   }
  int main()
  {
       Base <int>b(4) ;
       cout<<b.getA() ;
       Base <double> bc(4) ;
       bc.setA(4.3) ;
       cout<<bc.getA() ;
       system("pause") ;
   return 0 ;   
  }


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