2.类模板与操作符重载

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C++类模板（1）

• 与函数模板类似，类也可以通过参数泛化，从而可以构建出一组不同型别的类实例（对象）
• 类模版实参可以是某一型别或常量（仅限int或enum）

C++类模板（2）

• 一个类模版的例子：Stack

const std::size_t DefaultStackSize = 1024;
template  class Stack {

public:
    void Push(const T const& element);
    int Pop(T& element);
    int Top(T& element) const;

private:
    std::vector m_Members;
    std::size_t m_nMaxSize = n;
};

• T可以是任意型别
• 模板实参也可以是一个int或enum型别的常量（此处是size_t，本质是int型别）
• n是编译时定义的常量
• n可以有默认值
• size_t型别的成员变量可以用n初始化

C++类模板（3）

• 类模板的声明
• 声明类模板与声明函数模板类似
• 关键字class和typename都可以用，但还是倾向于使用typename
  template class Stack {...};
  template class Stack {...};
• 在类模板内部，T可以像其他型别一样（比如int,char等）定义成员变量和成员函数
  void Push(const T const& element);
  int Pop(T& element);
  int Top(T& element) const;
  std::vector m_Members;};

C++类模板（4）

• 类模板的声明（续）
• 除了Copy constructor之外，如果在类模板中需要使用到这个类本身，比如定义operator=，那么应该使用其完整的定义（Stack），而不是省略型别T。如下面的例子所示：

template  class Stack
{
public:
    ...
    Stack(Stack const&);                //copy constructor
    Stack& operator = (Stack const&); //assignment operator
}

C++类模板（5）

• 类模板的实现
• 要定义一个类模板的成员函数，则要指明其是一个模板函数，例如，Push函数的定义应当如下：

template 
void Stack::Push(const T const& element)
{
    if(m_Members.size() >= m_nMaxSize) {
        //error handing...
        return;
    }

    m_Members.push_back(element);
}

C++类模板（6）

• 类模板的实现（续）
• Pop函数：从Stack中弹出顶部元素

template 
int Stack::Pop(T& element)
{
    if (m_Members.empty())
        return 0;

    element = m_Members.back(); //we have to first store the back element
    m_Members.pop_back();       //because pop_back of a vector removes
    return 1;                   //the last element but doesn't return it!
}

C++类模板（7）

• 类模板的实现（续）
• GetTop函数：获取Stack顶部元素，但没有Pop出该元素

template 
int Stack::GetTop(T& element) const
{
    if (m_Members.empty())
        return 0;

    element = m_Members.back();
    return 1;
}

C++类模板（8）

• 使用类模板
• Stack stack:定义了一个型别为int的Stack，大小为默认值
• Stack Stack:定义了一个型别为int、大小为100的Stack
• 将100个元素Push到Stack中
  for (int i = 0; i < 100; i+)
  stack.Push(i);
• Pop出Stack顶部元素：
  int element;
  stack.Pop(element);
• 获取Stack顶部元素：
  stack.GetTop(element);
• Stack的Stack定义：
  Stack > intStackStack
  Stack> intStackStack; //ERROR:>> is not allowed

C++类模板（9）

• 类模板特化（specializations）
• 允许对一个类模板的某些模板参数型别做特化
• 特化的作用或好处在于：
• 对于某种特殊的型别，可能可以做些特别的优化或提供不同的实现
• 避免在实例化类的时候引起一些可能产生的诡异行为
• 特化一个类模板的时候也意味着需要特化其所有参数化的成员函数
• 如果要特化一个类，那么做法是：
• 声明一个带template<>的类，即空参数列表
• 在类名称后面紧跟的尖括号中显式指明型别，例如：
  template<>
  class Stack {
  ...
  }

C++类模板（10）

• 类模板特化（specializations）（续）
• 特化后的具体实现可以和主模板的实现不一样，比如一下的特化增加了一个成员函数，并采用list作为元素存取的实现

template <> class Stack {

public:
    void SetStackSize(const std::size_t n) { m_nMaxSize = n; }//添加了一个新的成员函数
    std::size_t CurrentSize() const { return m_Members.size(); }

    void Push(const std::wstring const& element);
    int Pop(std::wstring& element);
    int GetTop(std::wstring& element) const;

private:
    std::size_t m_nMaxSize;
    std::list m_Members;//采用list作为Stack的内部实现，取代了主模板中用vector实现的方式
}

C++类模板（11）

• 偏特化（Partial specialization）
• 类模板也可以被偏特化，比如主模板如果定义为：
  template class MyClass {...}; //Primary————1
• 可能产生以下几种对于主模板的偏特化：
  • 将模板参数偏特化为同样型别：
    template class MyClass {...}; ————2
  • 将第二个模板参数偏特化为int型别，不再是泛型的T
    template class MyClass {...}; ————3
  • 将两个型别偏特化为指针：
    template class MyClass, T2> {...}; ————4

C++类模板（12）

• 偏特化（Partial specialization）（续）
• 使用示例：

使用	原型
MyClass obj;	MyClass ————1
MyClass	MyClass ————2
MyClass	MyClass ————3
MyClass, float>	MyClass, T2> ————4

• 如果有不止一个偏特化同等程度地能够匹配某个调用，那么该调用具有二义性。编译器不会通过编译：

Usage	Prototype
MyClass obj;	ERROR:matches MyClass and MyClass
MyClass, int> obj;	ERROR:matches MyClass and MyClass, T2>

C++类模板（13）

• 默认模板实参
• 类似函数的默认参数，对于类模板而言也可以定义其模板参数的默认值，这些值就叫做默认模板实参
  template >//使用std::vector作为默认实参
  class Stack {
  private: TContainer m_Container;
  ...
  };
• Stack intStack:使用默认的vector作为实参
• Stack > wstrStack:指定使用list作为容器而非默认的vector

C++类模板（14）

• 总结
• 模板类的性质是，有一个或多个型别未被指定
• 要使用一个模板类，就传入具体的型别作为实参；编译器会基于该型别来实例化类模板
• 对于类模板而言，只有被调用到的成员函数才会被实例化
• 类模板可以用特定的型别特化（specialization）
• 类模板也可以用特定的型别偏特化（partial specialization）
• 类模板参数可以有默认值

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C++操作符重载（1）

• 关键字operator定义了一种特殊的函数，该函数的行为是将操作符应用于某一特定的型别，使之能够通过该操作符进行操作。比如，如果定义了string型别的operator+，那么连接两个字符串a和b的行为就可以用a+b进行操作
• 操作符重载给出了操作符的不同函数
• 编译器通过具体型别来识别某个操作符在该型别上的意义
• 本质上operator重载就是函数，即如果定义了string型别的Append函数，那么string型别的a+b和a.Append(b)是等价的
• 大多数内置的操作符支持重载，比如：!,!=,%,%=,&,&=,&&,||,(),,=,+,+=,-,-=,/,/=,^,=,|,|=,<,<=,>,>=,=,==,<<,<<=,>>,>>=,~,[],new,delete

C++操作符重载（2）

• 操作符重载的一般规则
• 不可以用operator定义的一种新的操作符，比如**
• 对于内置型别(built-in type)，不能再用operator重载
• 操作符重载的两种情况：
  • 非静态成员函数，或
  • 静态全局函数（如果该全局函数需要访问类的private或protected成员，则须声明为friend成员）

class ComplexType {
public:
    //non-static member
    ComplexType operator<(ComplexType&);

    //global functions
    friend ComplexType operator+(int, ComplexType&);
}

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# C++操作符重载（3）

- 操作符重载的一般规则（续）
 - 一元操作符(Unary operator)如果声明为成员函数，则没有参数；如果声明为全局函数则有一个参数
 - 二元操作符(Binary operator)如果声明为成员函数，则有一个参数；如果声明为全局啊还是农户，则有两个参数
 - 如果一个操作符既能够用作一元操作，又能够用作二元操作(比如：&,*,+,-)，则可以分别被重载
 - 操作符重载不能带有默认参数值
 - 除了operator=，所有其他操作符重载均可以被子类继承