c++——类模板

1. 概念

• 类模板：一个模板（是模板）
• 模板类：调用类模板生成的类对象（是类实体），也称为类模板的实例化

类模板的定义：

template 
   
     class Blob { public: Blob(); Blob(std::initializer_list 
    
      i); }; 
     
   

类模板的使用：

• 在定义类时，使用到类名的地方都需要显示的给出模板类的类型，格式为<>

int main() { Blob 
   
     ia; Blob 
    
      ia2 = { 1,2,3 }; Blob 
     
       * ia4 = new Blob 
      
        { 1.1,3.14 }; Blob 
       
         ia3 = { "Hello","World" }; return 0; } 
        
       
      
     
   

2. 模板类的成员函数

• 如果模板类的成员函数在类内声明，而在类外定义，需要遵循以下规则：在函数前也在加上模板列表，且类名限定符后面给出<>

template 
  
    class Blob { public: Blob(); Blob(std::initializer_list 
   
     i); T func(T const &str);//在类内声明 }; //类外定义 template 
    
      T Blob 
     
       ::func(T const &str) { } 
      
     
    
  

类模板中使用其他模板类型

template 
   
     class Blob{ template 
    
      Blob(It b, It e);//构造函数的参数使用其它模板类型 }; template 
     
       template 
      
        Blob 
       
         ::Blob(It b, It e):data(std::make_shared 
        
          >(b,e)) { } int main() { vector 
         
           vi = { 0,1,2 }; list 
          
            w = { "Hello","World" }; Blob 
           
             a1(vi.begin(), vi.end()); Blob 
            
              a2(w.begin(), w.end()); return 0; } 
             
            
           
          
         
        
       
      
     
   

3. 友元：类模板中的友元

• 一个类模板中也可以拥有友元（友元类/友元函数）
• 下面只有当与Blob类型相同的BlobPtr类和operator==函数才可以成为Blob模板类的友元

template 
  
    class BlobPtr; template 
   
     class Blob; template 
    
      bool operator==(const Blob 
     
       &, const Blob 
      
        &) { } template 
       
         class Blob { friend class BlobPtr 
        
          ; //使BlobPtr模板类成为Blob模板类的友元 friend bool operator==(const Blob 
         
           &, const Blob 
          
            &);//使operator函数成为Blob模板类的友元 }; template 
           
             class BlobPtr { }; 
            
           
          
         
        
       
      
     
    
  

4. 友元：通用和特定的模板友元关系

• 模板有需要复杂的关系，下面列出两个实例

template 
  
    class Pal; class C { friend class Pal 
   
     ; //用类C实例化的Pal是C的友元 template 
    
      friend class Pal2; //Pal2的所有实例都是C的友元 }; 
     
    
  

template 
  
    class C2 { friend class Pal 
   
     ; //与C2相同类型的实例化Pal才是C2的友元 template 
    
      friend class Pal2;//任何类型实例化的Pal2对象都是C2的友元，因为模板参数列表不同 friend class Pal3;//Pal3是一个非模板类，它是所有类型C2实例化的友元 }; 
     
    
  

5. 类模板的static成员

• 与任何其他类一样，类模板可以声明static成员
• 例如：下面Foo类模板中定义了一个static函数和static变量

template 
  
    class Foo { public: static std::size_t count() { return ctr; } private: static std::size_t ctr; }; 
  

• 因为类的static成员变量只可在类内定义，在类外初始化。所以模板来的static变量也要在类外初始化，初始化时需要加上模板参数列表，例如下面代码，当一个特定的模板实例化Foo时，其ctr被初始化为0

template 
  
    std::size_t Foo 
   
     ::ctr = 0; //定义并初始化 
    
  

• 静态成员的调用

Foo 
  
    fi; //实例化Foo 
   
     类和static数据成员ctr auto ct=Foo 
    
      ::count();//实例化Foo 
     
       ::count ct=fi.count(); //使用Foo 
      
        ::count，与上面的意义是相同 ct=Foo::count(); //错误，Foo没有指出使用哪个模板实例化 
       
      
     
    
  

• 类模板的static成员的特点：当一个类给出模板实例化之后，与这个类实例化类型相同的类共享一样的静态成员

Foo 
  
    f1,f2,f3; //f1,f2,f3共享Foo 
   
     ::count()和Foo 
    
      ::str 
     
    
  

6. 使用类的成员函数（::符号）

引入：

• 当我们通过作用域符访问的名字是类型还是static成员，编译器会自动识别，例如：

string::size_type //编译器知道我们要访问string类中的size_type数据类型

• 但是对于模板就不能使用这种方法了，例如：

//编译器不知道size_type是一个static数据成员还是一种数据类型，因此产生二义性 T::size_type * p;

• 默认情况下，C++语言假定通过作用域运算符访问的名字不是数据类型，而是数据成员。所以如果我们希望使用一个模板类型参数的类型成员，就必须显式地告诉编译器改名字是一个类型。需要通过typename来实现这一点
• 例如下面的top函数：

template 
   
     typename T::value_type top(const T&c) { if (!c.empty()) return c.back(); else return typename T::value_type(); } 
   

7. 成员模板

• 一个类可以包含模板类型的成员函数，这种成员称为“成员模板”
• 注意：成员模板不能为虚函数

①普通（非模板）类的成员模板

• 概念：我们可以在一个非模板类中定义一个成员模板

演示案例

• 默认的情况下，unique_ptr会调用元素的析构函数来删除元素。下面我们定义了一个删除器，删除器使用operator()接收一个元素指针，并将该元素进行delete

//函数对象类，对给定指针执行delete class DebugDelete { public: DebugDelete(std::ostream &s=std::cerr):os(s){} //构造函数 //根据传入的参数进行delete template 
   
     void operator()(T* p)const //成员模板 { os << "deleting unique_ptr" << endl; delete p; } private: std::ostream &os; }; 
   

 下面是基本的使用格式： 

int main() { double *p = new double; DebugDelete d; d(p); //调用DebugDelete::operator()(double*)释放p int *ip = new int; DebugDelete()(ip); //在一个临时DebugDelete对象上调用operator()(int*) return 0; }

 下面我们将这个类作为unique_ptr的删除器来使用

int main() { //一个类型为int的unique_ptr对象，DebugDelete作为其删除器 unique_ptr 
   
     p(new int, DebugDelete()); //一个类型为string的unique_ptr对象，DebugDelete作为其删除器 unique_ptr 
    
      sp(new std::string, DebugDelete()); return 0; } 
     
   

②类模板的成员模板

• 概念：对于类模板，我们也可以为其定义成员模板。在此情况下，类和成员各自有自己的、独立的模板参数

演示案例

• 例如下面Blob是一个类模板，模板类型为T数据成员vector的类型也为T。另外其构造函数也是一个模板，其接受的模板类型为It

template 
   
     class Blob { public: template 
    
      Blob(It b, It e); //构造函数接受一个迭代器区间，用来初始化data private: std::vector 
     
       data; }; 
      
     
   

• 现在我们在类的外部定义构造函数，由于类模板与成员函数都是模板，因此在外部定义时需要分别同时给出这两个模板的模板参数列表
• 实例化成员模板：为了实例化一个类模板的成员模板，我们必须同时提供类和函数模板的实参。见下面的演示案例，其中：
• a1：Blob的类型为int，构造函数的类型为int*
• a2：Blob的类型为int，构造函数的类型为vector
  
  ::iterator
  
• a3：Blob的类型为string，构造函数的类型为list
  
  ::iterator