C++中的类模板详解及示例

C++中的函数模板

对于类的声明来说，也有同样的问题。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<y)?x:y;
  }
 private:
  int x,y;
};

其作用是对两个整数作比较，可以通过调用函数成员max和min得到两个整数中的大者和小者。

如果想对两个浮点数（float型）做比较，另外在声明一个类：

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型的工作。C++中的类模板就是为了这类问题而增加的。

可以声明一个通用的类模板，它可以有一个或者多个虚函数的类型参数，

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

将此类模板和前面第一个Compare_int类作比较，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>

template的意思是“模板”，是声明类模板时必须写的关键字。在template后面的尖括号内的内容是模板的参数表列，关键字class表示其后面的是类型参数。本例中，T就是一个类型参数名，这个名字是任意取的，只要是合法的标识符即可。

T并不是一个已存在的实际类型名，它只是一个虚拟类型参数名，在以后将被一个实际的类型名取代。

（2）

原有的类型名int换成虚拟类型参数名T。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T，如果指定为float型，就用float取代所有的T。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，则类模板时类的抽象，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。

那么，我们声明了一个类模板后，怎样使用它呢？

用类定义对象的一般方法：

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

其作用是建立一个Compare_int类的对象cmp1，将实参4和7分别赋给形参a和b，作为进行比较的两个整数。

用类模板定义对象的方法与此类似，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T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，具体做法是：

Compare <int> cmp1(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T，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。

====================示例代码1.1====================

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 T>   //声明一个类模板，虚拟类型名为T
class Compare
{
 public:
  Compare(T a,T b)
  {
   x=a;
   y=b;
  }
  T max()
  {
   return(x>y)?x:y;
  }
  T min()
  {
   return(x<y)?x:y;
  }
 private:
  T x,y;
};
int main()
{
 Compare <int> cmp1(3,7);  //定义对象cmp1，用于两个整数的比较
 cout<<"Max : "<<cmp1.max()<<endl;
 cout<<"Min : "<<cmp1.min()<<endl<<endl;
  Compare <float> cmp2(45.89,88.76);//定义对象cmp2，用于两个浮点数的比较
 cout<<"Max : "<<cmp2.max()<<endl;
 cout<<"Min : "<<cmp2.min()<<endl;
 Compare <char> cmp3('a','A'); //定义对象cmp3,用于两个字符的比较
 cout<<"Max : "<<cmp3.max()<<endl;
 cout<<"Min : "<<cmp3.min()<<endl;
 return 0;
}

运行结果：

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：

T 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 T>
T Compare <T> ::max()
{
    return(x>y)?x:y;
}

第一行声明类模板，第二行左端的T是虚拟类型名，后面的Compare<T>是一个整体，是带参数的类。表示所定义的 max函数是在类Compare<T>的作用域内的。

在定义对象时，用户当然要指定实际的类型（图int），进行编译时就会将类模板中的虚拟类型名T全部用实际的类型代替。这样Compare<T>就相当于一个实际的类。

归纳一下使用时要注意的问题：

（1）在类声明前面加入一行，格式为

template<class 虚拟类型参数>

如：

template<class T>   //注意本行末尾没有分号
class Compare
{
……
}

（2）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(实参列表);

如：

Compare <float> cmp2(45.89,88.76);//定义对象cmp2，用于两个浮点数的比较

（3）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){……}

（4）类模板的类型参数可以有一个或者多个，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，分别带入实际的类型名，如

someclass<int,double> obj;

（5）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。

如果类模板是在A文件开头定义的，则A文件范围内为有效作用域，可以在其中的任何地方使用类模板，但不能在B文件中使用类模板定义对象。

（6）模板可以有层次，一个类模板可以作为基类，派生出派生类。