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本文作者:黄邦勇帅
学习本文需要对 C++的构造函数,C++中的各种类成员,C++中类的继承,有一定的了解。
模板是 C++中的重点内容,因此应熟悉 C++模板的使用,本文是 C++的模板专题,因此本文集中介绍了 C++的模板问题,
主要介绍了类模板和函数模板的形参与实参(这是学习模板的关键内容),模板的具体化(特化)方法,模板实参推演,模板
函数的匹配,类模板中的模板成员,模板与继承,模板与友元,typename 关键字。本文内容全面,简单易懂,是对于学
习模板模棱两可的读者的很好的参考文现。
本文内容完全属于个人见解与参考文现的作者无关,其中难免有误解之处,望指出更正。
声明:禁止抄袭本文,若需要转载本文请注明转载的网址,或者注明转载自“黄邦勇帅”。
主要参考文献:
1、C++.Primer.Plus.第五版.中文版 [美]Stephen Prata 著 孙建春 韦强译 人民邮电出版社 2005 年 5 月
2、C++.Primer.Plus.第四版.中文版 Stanley B.Lippman、Barbara E.Moo 著 李师贤等译 人民邮电出版社 2006 年 3 月
3、C++.Primer.Plus.第三版.中文版 Stanley B.Lippman 等著 潘爱民 张丽译 中国电力出版社 2002 年 5 月
4、C++入门经典 第三版 [美]Ivor Horton 著 李予敏译 清华大学出版社 2006 年 1 月
5、C++参考大全 第四版 [美]Herbert Schidt 著 周志荣 朱德芳 于秀山等译 电子工业出版社 2003 年 9 月
6、21 天学通 第四版 C++ [美]Jesse Liberty 著 康博创作室 译 人民邮电出版社 2002 年 3 月
第 17 章 模板
使用模板的目的就是能够让程序员编写与类型无关的代码。比如编写了一个交换两个整型 int 类型的 swap 函数,这
个函数就只能实现 int 型,对 double,字符这些类型无法实现,要实现这些类型的交换就要重新编写另一个 swap 函数。
使用模板的目的就是要让这程序的实现与类型无关,比如一个 swap 模板函数,即可以实现 int 型,又可以实现 double 型
的交换。模板可以应用于函数和类。下面分别介绍
注意:模板的声明或定义只能在全局,命名空间或类范围内进行。即不能在局部范围,函数内进行,比如不能在 main
函数中声明或定义一个模板。
一、模板函数通式
1、 模板函数的通用形式为:template <class 形参名,class 形参名> 反回类型 函数名(参数列表){函数体}。其中 template
和 class 是关见字,class 可以用 typename 关见字代替,在这里 typename 和 class 没区别,<>括号中的参数叫模板形
参,模板形参和函数形参很相像,模板形参不能为空。一但声明了模板函数就可以用模板函数的形参名声明类中的
成员变量和成员函数,即可以在该函数中使用内置类型的地方都可以使用模板形参名。模板形参需要调用该模板函
数时提供的模板实参来初始化模板形参,一旦编译器确定了实际的模板实参类型就称他实例化了函数模板的一个实
例。比如 swap 的模板函数形式为 template <class T> void swap(T& a, T& b){},当调用这样的模板函数时类型 T 就会
被被调用时的类型所代替,比如 swap(a,b)其中 a 和 b 是 int 型,这时模板函数 swap 中的形参 T 就会被 int 所代替,
模板函数就变为 swap(int &a, int &b)。而当 swap(c,d)其中 c 和 d 是 double 类型时,模板函数会被替换为 swap(double
&a, double &b),这样就实现了函数的实现与类型无关的代码。
2、 注意:对于函数模板而言不存在 h(int,int)这样的调用,不能在函数调用的参数中指定模板形参的类型,对函数模板
的调用应使用实参推演来进行,即只能进行 h(2,3)这样的调用,或者 int a, b; h(a,b)。
二、类模板通式
1. 类模板的通用形式为:template<class 形参名,class 形参名…> class 类名{},类模板和函数模板都是以 template
开始后接模板形参列表组成,模板形参不能为空,一但声明了类模板就可以用类模板的形参名声明类中的成员变量
和成员函数,即可以在类中使用内置类型的地方都可以使用模板形参名来声明。比如 template<class T> class A{public:
T a; T b; T hy(T c, T &d);};在类 A 中声明了两个类型为 T 的成员变量 a 和 b,还声明了一个反回类型为 T 带两个类型
为 T 的函数 hy。
2. 类模板对象的创建:比有一个模板类 A,则使用类模板创建对象的方法为 A<int> m;在类 A 后面跟上一个<>尖括号
并在里面填上相应的类型,这样的话类 A 中凡是用到模板形参的地方都会被 int 所代替。当类模板有两个模板形参
时创建对象的方法为 A<int, double> m;类型之间用逗号隔开。
3、 对于类模板,模板形参的类型必须在类名后的尖括号中明确指定。比如 A<2> m;用这种方法把模板形参设置为 int
是错误的,类模板形参不存在实参推演的问题。也就是说不能把整型值 2 推演为 int 型传递给模板形参。要把类模板
形参调置为 int 型必须这样指定 A<int> m。
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4、 在类模板外部定义成员函数的方法为:template<模板形参列表> 函数反回类型 类名<模板形参名>::函数名(参数列
表){函数体},比如有两个模板形参 T1,T2 的类 A 中含有一个 void h()函数,则定义该函数的语法为:template<class
T1,class T2> void A<T1,T2>::h(){}。注意当在类外面定义类的成员时 template 后面的模板形参应与要定义的类的模
板形参一致。
5、 再次提醒注意:模板的声明或定义只能在全局,命名空间或类范围内进行。即不能在局部范围,函数内进行,比如
不能在 main 函数中声明或定义一个模板。
三、模板的形数
有三种类型的模板形参:类型形参,非类型形参和模板形参。
1、 类型形参
1.1 类型模板形参:类型形参由关见字 class 或 typename 后接说明符构成,如 template<class T> void h(T a){};其中 T 就是
一个类型形参,类型形参的名字由用户自已确定。模板形参表示的是一个未知的类型。模板类型形参可作为类型说
明符用在模板中的任何地方,与内置类型说明符或类类型说明符的使用方式完全相同,即可以用于指定反回类型,
变量声明等。
1.2 不能为同一个模板类型形参指定两种不同的类型,比如 template<class T>void h(T a, T b){},语句调用 h(2, 3.2)将出错,
因为该语句给同一模板形参 T 指定了两种类型,第一个实参 2 把模板形参 T 指定为 int,而第二个实参 3.2 把模板形
参指定为 double,两种类型的形参不一致,会出错。
2、 非类型形参
2.1 非类型模板形参:模板的非类型形参也就是内置类型形参,如 template<class T, int a> class B{};其中 int a 就是非类型
的模板形参。
2.2 非类型形参在模板定义的内部是常量 ,也就是说非类型形参在模板的内部是常量。
2.3 非模板类型的形参只能是 !",指#$%&,' double,String, String **()*+",-./*。0, double &,double
*,12*%&34#,56*。
2.4 调用非类型模板形参的实参 78,9:;<=>?,即@78ABCDEFGHIJ。
2.5 注意: 任何局部 K2,局部变量,局部 L2*MN,局部变量的地 OP-,9:;<=>?,Q-A&RS+"T
板形参的实参。全局指 U+",全局变量,全局V2W-,9:;<=>?,不能用作非类型模板形参的实参。
2.6 全局变量的地 X3%&,全局Y2*MN3%&const 类型变量是常量表 Z?,可以用作非类型模板形参的实参。
2.7 sizeof 表[?*IJ,9:;<=>?,也能用作非类型模板形参的实参。
2.8 当模板的形参是 \"E]&^T_E*`a78,!"*,bBCDcd,;<,比如 template <class T, int a> class
A{};如ef int b,gE A<int, b> m;将出错,因为 b 不是常量,如h const int b,iE A<int, b> m;就是j6*,因为
kE b 是常量。
2.9 非类型形参一般不应用于函数模板中,比如有函数模板 template<class T, int a> void h(T b){},lm& h(2)调用会出 n
opqS+"ra a stHau*vw,x(yT_zu{|&}~T_`a•€•,如用 h<int, 3>(2)‚)ƒ„S
类型形参 a …†q!u 3。‡~T_`aBˆ‰Š‹。
2.9 非类型模板形参的形参和实参间 Œ./*•Ž
1、•/•u‘’4#,“zu’4#*•Ž。如:template <int *a> class A{}; int b[1]; A<b> m;即数”’4#*•Ž
2、const •–—*•Ž。如:template<const int *a> class A{}; int b; A<&b> m; 即˜ int *™ const int *的šŽ。
3、提›•Ž。如:template<int a> class A{}; const short b=2; A<b> m; 即œ short • int 的提ž•Ž
4、Ÿ •Ž。如:template<unsigned int a> class A{}; A<3> m; 即 int ¡ unsigned int 的¢Ž。
5、常£•Ž。
四、类模板的默认模板类型形参
1、 可以为类模板的类型形参提 ¤¥¦ ,§-AqzuT_*+"ra¨¤©¦ 。函数模板和类模板 ª{|qT_
的非类型形参提 «¥¦ 。
2、 类模板的类型形参 ¬¦ r?q:template<class T1, class T2=int> class A{};为第二个模板类型形参 T2 提供 int 型的
默认值
3、 类模板类型形参 -¦ $zu*¥¦au9),如®f¯:+"ra°•±9:ra…²³¥¦ ´ˆ*ŒfT_
形参µ¶…²¥¦ ,比如 template<class T1=int, class T2>class A{};就是错 ·*,因为 T1 给出了 ¸¦ ,而 T2 ¹
有º²。
4、 在类模板的外部定义类中的成员时 template 后的形参表应»¼¥¦*ra+"。比如 template<class T1, class
T2=int>class A{public: void h();}; 定义方法为 template<class T1,class T2> void A<T1,T2>::h(){}。
类模板非类型形参示例
//模板的声明或定义只能在全局,命名空间或类范围内进行。即不能在局部范围,函数内进行,比如不能在main函数中声明或定义一个模板。
//类模板的定义
template<class T>class A{public:T g(T a, T b); A();}; //定义带有一个类模板类型形参T的类A
template<class T1,class T2>class B{public:void g();}; //定义带有两个类模板类型形参T1,T2的类B
//定义类模板的默认类型形参,默认类型形参不适合于函数模板。
template<class T1,class T2=int> class D{public: void g();}; //定义带默认类型形参的类模板。这里把T2默认设置为int型。
//template<class T1=int, class T2>class E{}; //错误,为T1设了默认类型形参则T1后面的所有形参都必须设置认默值。
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//以下为非类型形参的定义
//非类型形参只能是整型,指针和引用,像double,String, String **这样的类型是不允许的。但是double &,double *对象的引用或指
针是正确的。
template<class T1,int a> class Ci{public:void g();}; //定义模板的非类型形参,形参为整型
template<class T1,int &a>class Cip{public:void g();};
template<class T1,A<int>* m> class Cc{public:void g();}; //定义模板的模板类型形参,形参为int型的类A的对象的指针。
template<class T1,double *a>class Cd{public:void g();}; //定义模板的非类型形参,形参为double类型的引用。
class E{}; template<class T1,E &m> class Ce{}; //非类型模板形参为对象的引用。
//以下非类型形参的声明是错误的。
//template<class T1,A m>class Cc{}; //错误,对象不能做为非类型形参,非类型模板形参的类型只能是对象的引用或指针。
//template<class T1,double a>class Cc{}; //错误,非类型模板的形参不能是double类型,可以是double的引用。
//template<class T1,A<int> m>class Cc{}; //错误,非类型模板的形参不能是对象,必须是对象的引用或指针。这条规则对于模板型参
也不例外。
//在类模板外部定义各种类成员的方法,
//typeid(变量名).name()的作用是提取变量名的类型,如int a,则cout<<typeid(a).name()将输出int
template<class T> A<T>::A(){cout<<"class A goucao"<<typeid(T).name()<<endl;} //在类模板外部定义类的构造函数的方法
template<class T> T A<T>::g(T a,T b){cout<<"class A g(T a,T b)"<<endl;} //在类模板外部定义类模板的成员
template<class T1,class T2> void B<T1,T2>::g(){cout<<"class g f()"<<typeid(T1).name()<<typeid(T2).name()<<endl;}
//在类外面定义类的成员时template后面的模板形参应与要定义的类的模板形参一致
template<class T1,int a> void Ci<T1,a>::g(){cout<<"class Ci g()"<<typeid(T1).name()<<endl;}
template<class T1,int &a> void Cip<T1,a>::g(){cout<<"class Cip g()"<<typeid(T1).name()<<endl;}
//在类外部定义类的成员时,template后的模板形参应与要定义的类的模板形参一致
template<class T1,A<int> *m> void Cc<T1,m>::g(){cout<<"class Cc g()"<<typeid(T1).name()<<endl;}
template<class T1,double* a> void Cd<T1,a>::g(){cout<<"class Cd g()"<<typeid(T1).name()<<endl;}
//带有默认类型形参的模板类,在类的外部定义成员的方法。
//在类外部定义类的成员时,template的形参表中默认值应省略
template<class T1,class T2> void D<T1,T2>::g(){cout<<"class D g()"<<endl;}
//template<class T1,class T2=int> void D<T1,T2>::g(){cout<<"class D k()"<<endl;} //错误,在类模板外部定义带有默认类型的形
参时,在template的形参表中默认值应省略。
//定义一些全局变量。
int e=2; double ed=2.2; double *pe=&ed;
A<int> mw; A<int> *pec=&mw; E me;
//main函数开始
int main()
{ // template<class T>void h(){} //错误,模板的声明或定义只能在全局,命名空间或类范围内进行。即不能在局部范围,函数内进行。
//A<2> m; //错误,对类模板不存在实参推演问题,类模板必须在尖括号中明确指出其类型。
//类模板调用实例
A<int> ma; //输出"class A goucao int"创建int型的类模板A的对象ma。
B<int,int> mb; mb.g(); //输出"class B g() int int"创建类模板B的对象mb,并把类型形参T1和T2设计为int
//非类型形参的调用
//调用非类型模板形参的实参必须是一个常量表达式,即他必须能在编译时计算出结果。 !"#$%,局部&',局部对象的(),局部
*'+(),-./01'234,都不能用56789:;<+=<。全局指针类型,全局>',全局对象也不是一个常量表达式,不能
用?6789:;<+=<。
//全局@'+()ABC,全局对象的D)ABCconst类型E'.1'234,可以用F6789:;<+=<。
//调用整型int型非类型形参的方法为名为 Ci,声明形式为template<class T1,int a> class Ci
Ci<int,GHIJKLMJKLNOPQMII//正确,数值R是一个int型常量,输出"class Ci g() int"
const int a2=SMITLUint,a2> mci1; mci1.g(); //正确,VWa2在这里是const型的常量。输出"class Ci g() int"
//Ci<int,a> mci; //错误,int型X'a是局部Y',不是一个常量表达式。
//Ci<int,e> mci; //错误,全局int型Z'e也不是一个常量表达式。
//调用int&型非类型形参的方法类名为 Cip,声明形式为template<class T1,int &a>class Cip
Cip<int,e> mcip; //正确,对全局['+BCA().1'234。
//Cip<int,a> mcip1; //错误,局部\'+BCA()-.1'234。
//调用double*类型的非类形形参类名为 Cd,声明形式为template<class T1,double *a>class Cd
Cd<int,&ed> mcd; //正确,全局]'+BCA().1'234。
//Cd<int,pe> mcd1; //错误,全局^'_`-.1'234。
//double dd=aNGMIITbULcdefbbHIJKbgMIhh错误,局部i'+()-.1'234,不能用j678;<+=<
//Cd<int,&e> mcd; //错误,非类型形参klm/nop,但这个qp-r=s。
//调用模板类型形参对象A<int> *的方法类名为 Cc,声名形式为template<class T1,A<int>* m> class Cc
Cc<int,&mw> mcc; mcc.g(); //正确,全局对象的t)AuBC.1'234
//Cc<int,&ma> mcc; //错误,局部v'+()ABC-.1'234。
//Cc<int,pec> mcc2; //错误,全局对象的指针不是常量表达式。
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