三分钟让你了解C++中的类模板的概念和意义

1、在 C++ 中是否能够将泛型的思想应用于类？

1、函数模板是将泛型编程的思想应用于函数，就有了函数模板；

2、可以，常用的 C++ 标准库就是 C++ 中的标准模板库，C++ 中的 STL 就是将泛型的思想应用于一系列的函数，就得到了函数模板，当然也有很多的类模板；

3、类模板就是将泛型思想应用于 C++ 中的类而得到的新概念；

2、类模板：

1、一些类主要用于存储和组织数据元素；

• 类模板就是为了数据结构而诞生的；

2、类中数据组织的方式和数据元素的 具体类型无关；

3、如：数组类、链表类、Stack 类、Queue 类等；

• C++ 中将模板的思想应用于类，使得类的实现不关注数据元素的具体类型，而只关注类所需实现的功能；

3、C++ 中的类模板：

1、以相同的方式处理不同的类型；

2、在类声明前使用 template 进行标识；

3、< typename T > 用于说明类中使用的泛指类型 T；

代码示例：

1 template < typename T >
2 class Operator // class 表明将泛型编程应用于类
3 {
4 public:
5 T op(T a, T b) // T 在使用类模板定义具体对象的时候关心，其它时候不关心；
6 };

4、类模板的应用：

• 只能显示指定具体类型，无法自动推导；
• 使用具体类型 < Type > 定义对象；

代码示例：

1 Operator<int> op1;
2 Operator<string> op2;
3 int i = op1.op(1, 20);
4 string s = op2.op("D.T.", "Software");

4、类模板：

1、声明的泛指类型 T 可以出现在类模板的任意地方；

2、编译器对类模板的处理方式和函数模板相同；

• 从类模板通过具体类型产生不同的类；
• 编译器将类模板当做一个模子，这个模子可以产生许多实实在在的类；
• 在声明的地方对类模板代码本身进行编译；
• 在使用的地方对参数替换后的代码进行编译；

5、类模板初探编程实验：

#include <IOStream>
#include <string>
using namespace std;
template < typename T >
class Operator // 要是用这个类模板有一个前提条件，即当前的 Operator 类模板要操作的数据类型必须支持 +、-、*、/ 这四个运算符，这四个运算符如果要运用于自己定义的数据类型类，要重载这四个运算符；第一次编译是对类模板本身的语法进行编译；
{
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) // 全局函数方式重载 - 操作符，编译通过；先类内部、再全局
{
 return "Minus"; // 仅仅为了说明问题；
}
int main()
{
 Operator<int> op1;
 cout << op1.add(1, 2) << endl; // 3；
 Operator<string> op2; // 第二次使用类模板时进行编译，但是并不是对所有模板中的函数进行了第二次编译，是分步编译的，首先编译的是构造函数，此时用的是默认的，没有问题，这里编译通过；
 cout << op2.add("D.T.", "Software") << endl; // D.T.Software；这里编译器针对 add() 函数进行第二次编译；
 cout << op2.minus("D.T", "Software") << endl; // 未有定义全局的重载 - 操作符的函数时，字符串相减没有定义，报错；这里报错展示出来是为了证明类模板编译也是经过了两次编译；这里编译器针对 minus() 函数进行第二次编译；定义全局的重载 - 操作符函数后，打印 Minus ；
 return 0;
}

1、编译器对类模板第一次编译针对类模板本身代码进行编译；

2、第二次编译是使用类模板时针对每个成员函数独立编译；

6、类模板的工程应用：

1、类模板必须在头文件中定义；

2、类模板不能分开实现在不同的文件中；

3、类模板外部定义的成员函数需要加上模板 <> 声明；

• 将类模板的成员函数实现放到类模板的外部实现；
• 以上三条规则不是 C++ 和编译器的一部分，只是工程应用里习惯这样做，这样做后，代码可维护性、扩展性都会变好，因此建议遵守这三条规则；

7、模板类的工程应用编程实验：

1、头文件（名字和类名一样） Operator.h 中的内容：

#ifndef _OPERATOR_H_ // 防止被包含两次；
#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 > // 加上类模板；
T Operator<T>::add(T a, T b) // add() 是 Operator 类模板的；
{
 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

2、头文件的应用；

#include <iostream>
#include <string>
#include "Operator.h"
using namespace std;
int main()
{
 Operator<int> op1;
 cout << op1.add(1, 2) << endl; // 3；
 cout << op1.multiply(4, 5) << endl; // 20；
 cout << op1.minus(5, 6) << endl; // -1；
 cout << op1.divide(10, 5) << endl; // 2；
 return 0;
}

• 三条规则不是硬性要求但是却可以带来很大好处；

8、小结：

1、泛型编程的思想可以应用于类；

2、类模板以相同的方式处理不同类型的数据；

3、类模板非常适用于编写数据结构相关的代码；

4、类模板在使用时只能显示指定类型；