C++類模板 template 詳細使用方法

C++類模板 template <class T>詳細使用方法

類模板與函數模板的定義和使用類似。
有時，有兩個或多個類，其功能是相同的，僅僅是數據類型不同，如下面語句聲明瞭一個類：

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;
};

其作用是對兩個整數作比較，可以通過調用成員函數max和min得到兩個整數中的大者和小者。
如果想對兩個浮點數(float型)作比較，需要另外聲明一個類：

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;
}

顯然這基本上是重複性的工作，應該有辦法減少重複的工作。
C++在發展的後期增加了模板(template )的功能，提供瞭解決這類問題的途徑。可以聲明一個通用的類模板，它可以有一個或多個虛擬的類型參數，如對以上兩個類可以綜合寫出以下的類模板：

template <class numtype> //聲明一個模板，虛擬類型名爲numtype
class Compare //類模板名爲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;
};

請將此類模板和前面第一個Compare_int類作一比較，可以看到有兩處不同。

1) 聲明類模板時要增加一行
    template <class 類型參數名>
template意思是“模板”，是聲明類模板時必須寫的關鍵字。在template後面的尖括號內的內容爲模板的參數表列，關鍵字class表示其後面的是類型參數。在本例中numtype就是一個類型參數名。這個名宇是可以任意取的，只要是合法的標識符即可。這裏取numtype只是表示“數據類型”的意思而已。此時，mimtype並不是一個已存在的實際類型名，它只是一個虛擬類型參數名。在以後將被一個實際的類型名取代。

2) 原有的類型名int換成虛擬類型參數名numtype。
在建立類對象時，如果將實際類型指定爲int型，編譯系統就會用int取代所有的numtype，如果指定爲float型，就用float取代所有的numtype。這樣就能實現“一類多用”。

由於類模板包含類型參數，因此又稱爲參數化的類。如果說類是對象的抽象，對象是類的實例，則類模板是類的抽象，類是類模板的實例。利用類模板可以建立含各種數據類型的類。

那麼，在聲明瞭一個類模板後，怎樣使用它呢？怎樣使它變成一個實際的類？

先回顧一下用類來定義對象的方法：
    Compare_int cmp1(4,7); // Compare_int是已聲明的類
其作用是建立一個Compare_int類的對象，並將實參4和7分別賦給形參a和b，作爲進 行比較的兩個整數。

用類模板定義對象的方法與此相似，但是不能直接寫成
   Compare cmp(4,7); // Compare是類模板名
Compare是類模板名，而不是一個具體的類，類模板體中的類型numtype並不是一個實際的類型，只是一個虛擬的類型，無法用它去定義對象。必須用實際類型名去取代虛擬的類型，具體的做法是：
    Compare <int> cmp(4,7);
即在類模板名之後在尖括號內指定實際的類型名，在進行編譯時，編譯系統就用int取代類模板中的類型參數numtype，這樣就把類模板具體化了，或者說實例化了。這時Compare<int>就相當於前面介紹的Compare_int類。
[例] 聲明一個類模板，利用它分別實現兩個整數、浮點數和字符的比較，求出大數和小數。

#include <iostream>
using namespace std;
template <class numtype>
//定義類模板
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);  //定義對象cmp1，用於兩個整數的比較
   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);  //定義對象cmp2，用於兩個浮點數的比較
   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′);  //定義對象cmp3，用於兩個字符的比較
   cout<<cmp3.max( )<<" is the Maximum of two characters."<<endl;
   cout<<cmp3.min( )<<" is the Minimum of two characters."<<endl;
   return 0;
}

運行結果如下：
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.

還有一個問題要說明： 上面列出的類模板中的成員函數是在類模板內定義的。如果改爲在類模板外定義，不能用一般定義類成員函數的形式：
    numtype Compare::max( ) {…} //不能這樣定義類模板中的成員函數
而應當寫成類模板的形式：
    template <class numtype>
    numtype Compare<numtype>::max( )
    {
        return (x>y)?x:y;
    }
上面第一行表示是類模板，第二行左端的numtype是虛擬類型名，後面的Compare <numtype>是一個整體，是帶參的類。表示所定義的max函數是在類Compare <numtype>的作用域內的。在定義對象時，用戶當然要指定實際的類型（如int），進行編譯時就會將類模板中的虛擬類型名numtype全部用實際的類型代替。這樣Compare <numtype >就相當於一個實際的類。大家可以將例9.14改寫爲在類模板外定義各成員 函數。

歸納以上的介紹，可以這樣聲明和使用類模板：
1) 先寫出一個實際的類。由於其語義明確，含義清楚，一般不會出錯。

2) 將此類中準備改變的類型名(如int要改變爲float或char)改用一個自己指定的虛擬類型名(如上例中的numtype)。

3) 在類聲明前面加入一行，格式爲：
    template <class 虛擬類型參數>
如：
    template <class numtype> //注意本行末尾無分號
    class Compare
    {…}; //類體

4) 用類模板定義對象時用以下形式：
    類模板名<實際類型名> 對象名;
    類模板名<實際類型名> 對象名(實參表列);
如：
    Compare<int> cmp;
    Compare<int> cmp(3,7);

5) 如果在類模板外定義成員函數，應寫成類模板形式：
   template <class 虛擬類型參數>
   函數類型 類模板名<虛擬類型參數>::成員函數名(函數形參表列) {…}

關於類模板的幾點說明：
1) 類模板的類型參數可以有一個或多個，每個類型前面都必須加class，如：
    template <class T1,class T2>
    class someclass
    {…};
在定義對象時分別代入實際的類型名，如：
    someclass<int,double> obj;

2) 和使用類一樣，使用類模板時要注意其作用域，只能在其有效作用域內用它定義對象。

3) 模板可以有層次，一個類模板可以作爲基類，派生出派生模板類。有關這方面的知識實際應用較少，本教程暫不作介紹，感興趣的同學可以自行學習。