C++类模板详解
在学习类模板之前可以了解一下函数模板，可以参考我的另一篇文章C++函数模板详解（结合代码）-CSDN博客
讲解的比较详细，有助于理解类模板。
目录
1、什么是类模板？
2、类模板与函数模板区别
3、类模板对象做函数参数
4、类模板与继承
5、类模板成员函数类外实现
7、类模板分文件编写
8、类模板与友元
1、什么是类模板？
类模板是一种用来生成类定义的模板，其中可以包含一个或多个类型参数。这些类型参数可以在定义类的时候替换为任意类型，从而使得我们能够创建适用于多种数据类型的通用类定义。类模板的定义使用 template 或 template 来声明一个类型参数。
在实际使用时，可以通过指定具体的数据类型来实例化类模板，例如：
ClassName obj1; // 使用 int 类型实例化 ClassName 类模板
ClassName obj2; // 使用 double 类型实例化 ClassName 类模板 示例：
//类模板
template // 将两个数据类型参数化
class Person
{
public:
Person(NameType name, AgeType age)
{
this->mName = name;
this->mAge = age;
}
void showPerson()
{
cout << "name: " << this->mName << " age: " << this->mAge << endl;
}
public:
NameType mName;
AgeType mAge;
};
void test01()
{
// 指定NameType 为string类型，AgeType 为 int类型
PersonP1("孙悟空", 999);
P1.showPerson();
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
} 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：
-
类模板没有自动类型推导的使用方式
类模板使用只能用显示指定类型方式//类模板 templateclass Person { public: Person(NameType name, AgeType age) { this->mName = name; this->mAge = age; } void showPerson() { cout << "name: " << this->mName << " age: " << this->mAge << endl; } public: NameType mName; AgeType mAge; }; //1、类模板没有自动类型推导的使用方式 void test01() { // Person p("孙悟空", 1000); // 错误 类模板使用时候，不可以用自动类型推导 Person p("孙悟空", 1000); //必须使用显示指定类型的方式，使用类模板 p.showPerson(); } -
类模板在模板参数列表中可以有默认参数
-
//类模板 templateclass Person { public: Person(NameType name, AgeType age = int) //加了默认值AgeType age = int { this->mName = name; this->mAge = age; } void showPerson() { cout << "name: " << this->mName << " age: " << this->mAge << endl; } public: NameType mName; AgeType mAge; }; //2、类模板在模板参数列表中可以有默认参数 void test02() { Person p("猪八戒", 999); //类模板中的模板参数列表 可以指定默认参数 p.showPerson(); } int main() { test01(); test02(); system("pause"); return 0; }
3、类模板对象做函数参数
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：
-
指定传入的类型 --- 直接显示对象的数据类型
//类模板 templateclass Person { public: Person(NameType name, AgeType age) { this->mName = name; this->mAge = age; } void showPerson() { cout << "name: " << this->mName << " age: " << this->mAge << endl; } public: NameType mName; AgeType mAge; }; //1、指定传入的类型 void printPerson1(Person 在这种方法中，函数
printPerson1明确指定了Person类模板对象的具体类型作为参数。这种方式最直接，适用于已经知道类模板对象具体类型的情况。 -
参数模板化 --- 将对象中的参数变为模板进行传递
//2、参数模板化 templatevoid printPerson2(Person 函数使用了模板参数，因此可以接受任意类型的类模板对象作为参数，而不需要事先知道具体的类型。
-
整个类模板化 --- 将这个对象类型模板化进行传递
//3、整个类模板化 templatevoid printPerson3(T & p) // 区别主要看这里 { cout << "T的类型为： " << typeid(T).name() << endl; p.showPerson(); } void test03() { Person 在这种方法中，函数
printPerson3使用了模板参数T，这使得函数能够处理任意类型的类模板对象。这种方式最通用，适用于处理任意类型的类模板对象的情况。
4、类模板与继承
当类模板碰到继承时，需要注意以下几点：
-
当子类继承的父类是一个类模板时，子类在声明时必须指定父类模板中的类型。如果不指定类型，编译器无法确定父类模板中的类型，也无法为子类分配内存。
-
如果想灵活指定出父类中T的类型，子类也需变为类模板
template
class Base
{
T m;
};
//class Son:public Base //错误，c++编译需要给子类分配内存，必须知道父类中T的类型才可以向下继承
class Son :public Base //必须指定一个类型
{
};
void test01()
{
Son c;
}
//类模板继承类模板 ,可以用T2指定父类中的T类型
template
class Son2 :public Base
{
public:
Son2()
{
cout << typeid(T1).name() << endl;
cout << typeid(T2).name() << endl;
}
};
void test02()
{
Son2 child1; // 指定子类类模板的数据类型参数
}
int main() {
test01();
test02();
system("pause");
return 0;
} 输出如下：
总而言之就是一句话：如果父类是类模板，子类需要指定出父类中T的数据类型。
5、类模板成员函数类外实现
//类模板中成员函数类外实现
template
class Person {
public:
//成员函数类内声明
Person(T1 name, T2 age); // 构造函数的声明
void showPerson(); // 成员函数的声明
public:
T1 m_Name;
T2 m_Age;
};
//构造函数 类外实现
// template 声明了一个类模板 Person，它接受两个类型参数 T1 和 T2。
// 这意味着在使用 Person 类模板时，需要提供两个类型作为参数。
template
Person::Person(T1 name, T2 age) {
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}
//成员函数 类外实现
template
void Person::showPerson() {
cout << "姓名: " << this->m_Name << " 年龄:" << this->m_Age << endl;
}
void test01()
{
Person p("Tom", 20);
p.showPerson();
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
} 总的来说，类模板的成员函数类外部的定义需要遵循以下步骤：
- 使用
template声明模板参数。 - 使用
Person指明这是属于Person类模板的成员函数。 - 编写函数名和参数列表。
- 编写函数体。
7、类模板分文件编写
问题：
-
类模板中成员函数创建时机是在调用阶段（类模板中的成员函数实际上是在模板实例化的过程中才被创建的，而不是在类模板定义的时候被创建），导致分文件编写时链接不到。
具体解释如下：
当编译器编译person.cpp文件时，它会读取该文件中的内容，并将其中的模板定义（包括构造函数和成员函数）编译成对应的目标代码。编译器会将模板定义的代码放入目标文件中，但由于类模板是泛型的，所以编译器无法生成具体类型的函数实现代码，即编译器不会生成针对特定类型的函数代码。这样链接的时候就无法链接到定义的目标文件。
解决：
-
解决方式1：直接包含.cpp源文件
-
解决方式2：将声明和实现写到同一个文件中，并更改后缀名为.hpp，（
.hpp文件是一种约定俗成的命名，用于表示头文件中包含了类模板的声明和实现），并不是强制。
这样做可以使得编译器在编译时将声明和实现一起考虑，从而生成具体类型的函数实现代码。同样地，在链接阶段，链接器就能够找到对应的符号定义，避免了链接错误。
示例：
person.hpp中代码：
#pragma once
#include
using namespace std;
#include
template
class Person {
public:
Person(T1 name, T2 age);
void showPerson();
public:
T1 m_Name;
T2 m_Age;
};
//构造函数 类外实现
template
Person::Person(T1 name, T2 age) {
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}
//成员函数 类外实现
template
void Person::showPerson() {
cout << "姓名: " << this->m_Name << " 年龄:" << this->m_Age << endl;
} 在主程序中包含类模板的 .cpp 源文件可以确保类模板的成员函数在使用时被编译，从而解决链接问题。这种方法简单直接，但不够优雅，且不符合通常的代码组织规范，因为 .cpp 文件通常是用于实现定义的，而不是被包含的。
类模板分文件编写.cpp中代码
#include
using namespace std;
//#include "person.h"
#include "person.cpp" //解决方式1，包含cpp源文件
//解决方式2，将声明和实现写到一起，文件后缀名改为.hpp
#include "person.hpp"
void test01()
{
Person p("Tom", 10);
p.showPerson();
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
} 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。
8、类模板与友元
友元函数是可以访问类的私有成员的非成员函数。
通常有两种方式实现：
- 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。
//2、全局函数配合友元 类外实现 - 先做函数模板声明，下面这行代码是一个类模板 Person 的前置声明，
//它的作用是在后面声明的全局函数模板中使用 Person 类模板作为参数。在这段代码中，Person 类模板被声明为一个模板类，
//但是没有给出具体的定义，只是告诉编译器，后面会有一个叫做 Person 的模板类。
//这样做是为了使编译器在后面的代码中能够识别 Person 类模板。
template class Person;
//如果声明了函数模板，可以将实现写到后面，否则需要将实现体写到类的前面让编译器提前看到
//template
//void printPerson2(Person & p);
template
void printPerson2(Person & p)
{
cout << "类外实现 ---- 姓名： " << p.m_Name << " 年龄：" << p.m_Age << endl;
}
template
class Person
{
//1、全局函数配合友元 类内实现
friend void printPerson(Person & p)
{
cout << "姓名： " << p.m_Name << " 年龄：" << p.m_Age << endl;
}
//全局函数配合友元 类外实现
friend void printPerson2<>(Person & p);
public:
Person(T1 name, T2 age)
{
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}
private:
T1 m_Name;
T2 m_Age;
};
//1、全局函数在类内实现
void test01()
{
Person p("Tom", 20);
printPerson(p);
}
//2、全局函数在类外实现
void test02()
{
Person p("Jerry", 30);
printPerson2(p);
}
int main() {
//test01();
test02();
system("pause");
return 0;
} 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
后续还会添加类模板的案例。