C++類模板，你看我就夠了

1111.jpg

C++中有一個重要特性，那就是模板類型。類似于Objective-C中的泛型。C++通過類模板來實現泛型支持。

1 基礎的類模板

類模板，可以定義相同的操作，擁有不同數據類型的成員屬性。

通常使用template來聲明。告訴編譯器，碰到T不要報錯，表示一種泛型.

如下，聲明一個普通的類模板：

template <typename T>
class Complex{
    
public:
    //構造函數
    Complex(T a, T b)
    {
        this->a = a;
        this->b = b;
    }
    
    //運算符重載
    Complex<T> operator+(Complex &c)
    {
        Complex<T> tmp(this->a+c.a, this->b+c.b);
        return tmp;
    }
        
private:
    T a;
    T b;
}

int main()
{
    //對象的定義，必須聲明模板類型，因為要分配內容
    Complex<int> a(10,20);  
    Complex<int> b(20,30);
    Complex<int> c = a + b;
    
    return 0;
}

2 模板類的繼承

在模板類的繼承中，需要注意以下兩點：

  • 如果父類自定義了構造函數，記得子類要使用構造函數列表來初始化
  • 繼承的時候，如果子類不是模板類，則必須指明當前的父類的類型，因為要分配內存空間
  • 繼承的時候，如果子類是模板類，要么指定父類的類型，要么用子類的泛型來指定父類
template <typename T>
class Parent{
public:
    Parent(T p)
    {
        this->p = p;
    }
    
private:
    T p;
};

//如果子類不是模板類，需要指明父類的具體類型
class ChildOne:public Parent<int>{
    
public:
    ChildOne(int a,int b):Parent(b)
    {
        this->cone = a;
    }
    
private:
    int cone;
};


//如果子類是模板類，可以用子類的泛型來表示父類
template <typename T>
class ChildTwo:public Parent<T>{
    
public:
    ChildTwo(T a, T b):Parent<T>(b)
    {
        this->ctwo = a;
    }
    
private:
    T ctwo;
};

3 內部聲明定義普通模板函數和友元模板函數

普通模板函數和友元模板函數，聲明和定義都寫在類的內部，也不會有什么報錯。正常。

template <typename T>
class Complex {
    
    //友元函數實現運算符重載
    friend ostream& operator<<(ostream &out, Complex &c)
    {
        out<<c.a << " + " << c.b << "i";
        return out;
    }
    
public:
    Complex(T a, T b)
    {
        this->a = a;
        this->b = b;
    }
    
    //運算符重載+
    Complex operator+(Complex &c)
    {
        Complex temp(this->a + c.a, this->b + c.b);
        return temp;
    }
    
    //普通加法函數
    Complex myAdd(Complex &c1, Complex &c2)
    {
        Complex temp(c1.a + c2.a, c1.b + c2.b);
        return temp;
    }
    
private:
    T a;
    T b;
};

int main()
{
    Complex<int> c1(1,2);
    Complex<int> c2(3,4);
    
    Complex<int> c = c1 + c2;
    
    cout<<c<<endl;
    
    return 0;
}

4 內部聲明友元模板函數+外部定義友元模板函數

如果普通的模板函數聲明在內的內部，定義在類的外部，不管是否處于同一個文件，就跟普通的函數一樣，不會出現任何錯誤提示。但是如果是友元函數就會出現報錯，是因為有二次編譯這個機制存在。

4.1 模板類和模板函數的機制

在編譯器進行編譯的時候，編譯器會產生類的模板函數的聲明，當時實際確認類型后調用的時候，會根據調用的類型進行再次幫我們生成對應類型的函數聲明和定義。我們稱之為二次編譯。同樣，因為這個機制，會經常報錯找不到類的函數的實現。在模板類的友元函數外部定義時，也會出現這個錯誤。解決方法是 “ 類的前置聲明和函數的前置聲明 ”。

按照普通模板函數的樣式處理友元函數


#include <iostream>
using namespace std;


template <typename T>
class Complex {
    
    //友元函數實現運算符重載
    friend ostream& operator<<(ostream &out, Complex<T> &c);
    
public:
    Complex(T a, T b);
    
    //運算符重載+
    Complex<T> operator+(Complex<T> &c);
    
    //普通加法函數
    Complex<T> myAdd(Complex<T> &c1, Complex<T> &c2);
    
private:
    T a;
    T b;
};

//友元函數的實現
template <typename T>
ostream& operator<<(ostream &out, Complex<T> &c)
{
    out<<c.a << " + " << c.b << "i";
    return out;
}


//函數的實現
template <typename T>
Complex<T>::Complex(T a, T b)
{
    this->a = a;
    this->b = b;
}

template <typename T>
Complex<T> Complex<T>::operator+(Complex<T> &c)
{
    Complex temp(this->a + c.a, this->b + c.b);
    return temp;
}

template <typename T>
Complex<T> Complex<T>::myAdd(Complex<T> &c1, Complex<T> &c2)
{
    Complex temp(c1.a + c2.a, c1.b + c2.b);
    return temp;
}


int main()
{
    Complex<int> c1(1,2);
    Complex<int> c2(3,4);
    
    Complex<int> c = c1 + c2;
    
    cout<<c<<endl;
    
    return 0;
}

友元函數的定義寫在類的外部--錯誤信息

Undefined symbols for architecture x86_64:
  "operator<<(std::__1::basic_ostream<char, std::__1::char_traits<char> >&, Complex<int>&)", referenced from:
      _main in demo1.o
ld: symbol(s) not found for architecture x86_64
clang: error: linker command failed with exit code 1 (use -v to see invocation)

上面的錯誤信息，就是典型的二次編譯的錯誤信息，找不到友元函數的函數實現。所以，如果友元模板函數的定義寫在函數的外部，需要進行類和函數的前置聲明，來讓編譯器找到函數的實現

4.2 前置聲明解決二次編譯問題
  • 類的前置聲明
  • 友元模板函數的前置聲明
  • 友元模板函數聲明需要增加泛型支持
前置聲明.png

5 聲明和定義分別在不同的文件（模板函數、模板友元）

類的聲明和實現，分別在不同的文件下，需要增加一個hpp文件支持。或者盡量將模板函數與模板友元放在一個文件下。

  • 類的聲明與函數的聲明寫在.h文件
  • 類的實現及函數的實現寫在.cpp文件
  • 將.cpp文件改成.hpp文件
  • 在主函數中調用.hpp文件，而不是引用.h文件

如果碰到.h和.hpp文件都存在的情況下，引用.hpp文件。

demo2.h文件

存放類的聲明和函數的聲明

#include <iostream>
using namespace std;

//類的前置聲明
template <typename T>
class Complex;

//友元函數的聲明
template <typename T>
ostream& operator<<(ostream &out, Complex<T> &c);

template <typename T>
class Complex {
    
    //友元函數實現運算符重載
    friend ostream& operator<< <T> (ostream &out, Complex<T> &c);
    
public:
    Complex(T a, T b);
    
    //運算符重載+
    Complex<T> operator+(Complex<T> &c);
    
    //普通加法函數
    Complex<T> myAdd(Complex<T> &c1, Complex<T> &c2);
    
private:
    T a;
    T b;
};

demo2.hpp文件

包括模板函數的實現


#include "demo2.h"

//友元函數的實現
template <typename T>
ostream& operator<<(ostream &out, Complex<T> &c)
{
    out<<c.a << " + " << c.b << "i";
    return out;
}


//函數的實現
template <typename T>
Complex<T>::Complex(T a, T b)
{
    this->a = a;
    this->b = b;
}

template <typename T>
Complex<T> Complex<T>::operator+(Complex<T> &c)
{
    Complex temp(this->a + c.a, this->b + c.b);
    return temp;
}

template <typename T>
Complex<T> Complex<T>::myAdd(Complex<T> &c1, Complex<T> &c2)
{
    Complex temp(c1.a + c2.a, c1.b + c2.b);
    return temp;
}

main.cpp文件

需要調用hpp文件


#include <iostream>
using namespace std;
#include "demo2.hpp"


int main()
{
    Complex<int> c1(1,2);
    Complex<int> c2(3,4);
    
    Complex<int> c = c1 + c2;
    
    cout<<c<<endl;
    
    return 0;
}
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