【C++】C++中的类模板

时间 2019-11-06

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原文原文链接

C++中有一个重要特性，那就是模板类型。相似于Objective-C中的泛型。C++经过类模板来实现泛型支持。ios

1 基础的类模板

类模板，能够定义相同的操做，拥有不一样数据类型的成员属性。
一般使用template来声明。告诉编译器，碰到T不要报错，表示一种泛型.
以下，声明一个普通的类模板：函数

template <typename T>
class Complex{
    
public:
    //构造函数
    Complex(T a, T b)
    {
        this->a = a;
        this->b = b;
    }
    
    //运算符重载
    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()
{
    //对象的定义，必须声明模板类型，由于要分配内容
    Complex<int> a(10,20);  
    Complex<int> b(20,30);
    Complex<int> c = a + b;
    
    return 0;
}

2 模板类的继承

在模板类的继承中，须要注意如下两点：this

若是父类自定义了构造函数，记得子类要使用构造函数列表来初始化spa

继承的时候，若是子类不是模板类，则必须指明当前的父类的类型，由于要分配内存空间
继承的时候，若是子类是模板类，要么指定父类的类型，要么用子类的泛型来指定父类

template <typename T>
class Parent{
public:
    Parent(T p)
    {
        this->p = p;
    }
    
private:
    T p;
};

//若是子类不是模板类，须要指明父类的具体类型
class ChildOne:public Parent<int>{
    
public:
    ChildOne(int a,int b):Parent(b)
    {
        this->cone = a;
    }
    
private:
    int cone;
};


//若是子类是模板类，能够用子类的泛型来表示父类
template <typename T>
class ChildTwo:public Parent<T>{
    
public:
    ChildTwo(T a, T b):Parent<T>(b)
    {
        this->ctwo = a;
    }
    
private:
    T ctwo;
};

3 内部声明定义普通模板函数和友元模板函数

普通模板函数和友元模板函数，声明和定义都写在类的内部，也不会有什么报错。正常。code

template <typename T>
class Complex {
    
    //友元函数实现运算符重载
    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;
    }
    
    //运算符重载+
    Complex operator+(Complex &c)
    {
        Complex temp(this->a + c.a, this->b + c.b);
        return temp;
    }
    
    //普通加法函数
    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 内部声明友元模板函数+外部定义友元模板函数

若是普通的模板函数声明在类的内部，定义在类的外部，无论是否处于同一个文件，就跟普通的函数同样，不会出现任何错误提示。可是若是是友元函数就会出现报错，是由于有二次编译这个机制存在。对象

4.1 模板类和模板函数的机制

在编译器进行编译的时候，编译器会产生类的模板函数的声明，当时实际确认类型后调用的时候，会根据调用的类型进行再次帮咱们生成对应类型的函数声明和定义。咱们称之为二次编译。一样，由于这个机制，会常常报错找不到类的函数的实现。在模板类的友元函数外部定义时，也会出现这个错误。解决方法是 “ 类的前置声明和函数的前置声明 ”。

按照普通模板函数的样式处理友元函数blog

#include <iostream>
using namespace std;


template <typename T>
class Complex {
    
    //友元函数实现运算符重载
    friend ostream& operator<<(ostream &out, Complex<T> &c);
    
public:
    Complex(T a, T b);
    
    //运算符重载+
    Complex<T> operator+(Complex<T> &c);
    
    //普通加法函数
    Complex<T> myAdd(Complex<T> &c1, Complex<T> &c2);
    
private:
    T a;
    T b;
};

//友元函数的实现
template <typename T>
ostream& operator<<(ostream &out, Complex<T> &c)
{
    out<<c.a << " + " << c.b << "i";
    return out;
}


//函数的实现
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;
}

友元函数的定义写在类的外部--错误信息继承

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)

上面的错误信息，就是典型的二次编译的错误信息，找不到友元函数的函数实现。因此，若是友元模板函数的定义写在函数的外部，须要进行类和函数的前置声明，来让编译器找到函数的实现内存

4.2 前置声明解决二次编译问题

类的前置声明
友元模板函数的前置声明
友元模板函数声明须要增长泛型支持get

5 声明和定义分别在不一样的文件（模板函数、模板友元）

类的声明和实现，分别在不一样的文件下，须要增长一个hpp文件支持。或者尽可能将模板函数与模板友元放在一个文件下。

类的声明与函数的声明写在.h文件
类的实现及函数的实现写在.cpp文件
将.cpp文件改为.hpp文件
在主函数中调用.hpp文件，而不是引用.h文件

若是碰到.h和.hpp文件都存在的状况下，引用.hpp文件。

demo2.h文件
存放类的声明和函数的声明

#include <iostream>
using namespace std;

//类的前置声明
template <typename T>
class Complex;

//友元函数的声明
template <typename T>
ostream& operator<<(ostream &out, Complex<T> &c);

template <typename T>
class Complex {
    
    //友元函数实现运算符重载
    friend ostream& operator<< <T> (ostream &out, Complex<T> &c);
    
public:
    Complex(T a, T b);
    
    //运算符重载+
    Complex<T> operator+(Complex<T> &c);
    
    //普通加法函数
    Complex<T> myAdd(Complex<T> &c1, Complex<T> &c2);
    
private:
    T a;
    T b;
};

demo2.hpp文件
包括模板函数的实现

#include "demo2.h"

//友元函数的实现
template <typename T>
ostream& operator<<(ostream &out, Complex<T> &c)
{
    out<<c.a << " + " << c.b << "i";
    return out;
}


//函数的实现
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
须要调用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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