c++核心技术07（函数模板和类模板）
目录
- 模板概论
- 为什么要有函数模板
- 函数模板语法
- 函数模板和函数重载
- 函数模板调用机制
- 类模板的定义和调用
- 类模板和继承
- 类模板的三种写法
-
- 所有的类模板函数写在类的内部
- 所有的类模板函数写在类的外部，在一个cpp里
- 所有的类模板函数写在类的外部，在不同的.h和.cpp中
- 特殊情况 友元函数
- 类模和static数据成员
- 类模板使用总结
模板概论
c++提供了函数模板(function template.)所谓函数模板，实际上是建立一个通用函数，其函数类型和形参类型不具体制定，用一个虚拟的类型来代表。这个通用函数就成为函数模板。凡是函数体相同的函数都可以用这个模板代替，不必定义多个函数，只需在模板中定义一次即可。在调用函数时系统会根据实参的类型来取代模板中的虚拟类型，从而实现不同函数的功能。
总结：
- 模板把函数或类要处理的数据类型参数化，表现为参数的多态性，成为类属。
- 模板用于表达逻辑结构相同，但具体数据元素类型不同的数据对象的通用行为。
为什么要有函数模板
下面我们来看这个代码：
实现多个函数用来返回两个数的最大值，要求能支持 char 类型、int 类型、double:
#include 由此代码我们可以看出，实际上我们不需要写那么多函数，只需要一个模板即可，那么接下来就是我们对这个代码进行的改良。
代码如下：
#include 函数模板语法
所谓函数模板，实际上是建立一个通用函数，其函数类型和形参类型不具体指
定，用一个虚拟的类型来代表。这个通用函数就称为函数模板。凡是函数体相同的函数都可以用这个模板来代替，不必定义多个函数，只需在模板中定义一次即可。在调用函数时系统会根据实参的类型来取代模板中的虚拟类型，从而实现了不同函数的功能。
函数模板定义形式:
由以下三部分组成： 模板说明 + 函数定义 + 函数模板调用
template < 类型形式参数表 >
类型 函数名 (形式参数表)
{
//语句序列
}
注意: 函数模板的参数可以有多个，但是如果定义多个一定要使用，不然会报错！typename写成class也是可以的，但是为了避免混淆，建议还是写成typename。
例如下面修改之后的代码:
#include 那么讲到了函数模板，我们可能以后会听到模板函数这个概念，那么什么是模板函数呢？那么请看下面这张图，以这张图为例，当我们调用这个函数Max(1,2)的时候，实际上是用int Max(int a,int b)来编译的，而这个通过模板生成的函数，就叫做模板函数。
那么如果我们传一个类进去呢？实际上也会生成一个demo Max(demo a,demo b)的模板函数，但是要重载一下大于运算符，这样编译才不会报错。详见代码如下：
#include 函数模板和函数重载
首先呢，我们先看下面的这个例子：
#include 根据代码可知，函数模板和普通函数区别结论：
1.两者允许并存
2.函数模板不允许自动类型转化
3.普通函数能够进行自动类型转换
接下来我们再举一个例子：
#include 所以由此我们得出结论，函数模板和普通函数在一起，调用规则：
1.函数模板可以像普通函数一样被重载
2.c++编译器优先考虑普通函数
3.如果函数模板可以产生一个更好的匹配，那么选择模板
4.可以通过空模板实参列表的语法限定编译器只通过模板匹配
函数模板调用机制
下面看如下代码：
#include 该代码通过反汇编（g++ -S 1.cpp -o 1.S）观察之后，得出下图：
我们再举一个例子，代码如下：
#include 通过反汇编观察得到如下图：
由此我们可以得出以下结论：
1. 编译器并不是把函数模板处理成能够处理任意类型的函数
2.编译器从函数模板通过具体类型产生不同的函数
类模板的定义和调用
我们为什么需要使用类模板呢？类模板与函数模板的定义和使用类似，有时，有两个或多个类，其功能是相同的，仅仅是数据类型不同，我们可以通过如下语句声明了一个类模板：
template < typename T>
class A
{
public:
A(T t)
{
this->t = t;
}
T &getT()
{
return t;
}
private:
T t;
};
类模板定义
类模板由模板说明和类说明构成：
模板说明同函数模板，如下：
template <类型形式参数>
类声明
例如如下的例子：
template < typename Type>
class ClassName
{
//ClassName的成员函数
private:
Type DataMember;
};
下面就是类模板的使用了，如下代码所示：
#include 类模板和继承
#include 所以，通过上述代码可知，子类从模板类继承的时候，需要让编译器知道，父类的数据类型具体是什么
类模板的三种写法
所有的类模板函数写在类的内部
上面已讲解
所有的类模板函数写在类的外部，在一个cpp里
#include 在同一个cpp文件中把模板类的成员函数放到类的外部，需要注意以下几点：
- 函数前声明template <类型形式参数表>
- 类的成员函数前的类限定域说明必须要带上虚拟参数列表
- 返回的变量是模板类的对象时必须带上虚拟参数列表
- 成员函数参数中出现模板类的对象必须带上虚拟参数列表
- 成员函数内部没有限定
所有的类模板函数写在类的外部，在不同的.h和.cpp中
demo.h:
#pragma once
template <typename T>
class A
{
public:
A(T t=0);
T &getT();
A operator +(const A &other);
void print();
private:
T t;
};
demo.c:
#include "demo.h"
#include 注意： 当类模板的声明（.h文件）和实现（.cpp或hpp文件）完全分离，因为类模板的特殊实现，我们应该在使用类模板时使用#include包含实现部分.cpp或hpp文件。代码如下：
demo.h:
#pragma once
template <typename T>
class A
{
public:
A(T t=0);
T &getT();
A operator +(const A &other);
void print();
private:
T t;
};
demo.hpp：(一般在c++编译器中，对类模板的实现命名为.hpp)
#include "demo.h"
#include main.cpp:
#include "demo.hpp" //一定要包含这个，而不是“demo.h”
int main(void)
{
A<int> a(666),b(888);
cout << a.getT() << endl;
A<int> tmp = a + b;
tmp.print();
return 0;
return 0;
}
特殊情况 友元函数
在类里面写一个友元函数，代码如下：
#include 所以结论如下：
1.类内部声明友元函数，必须要写一下形式
template < typename T >
friend A< T > addA(A< T > &a,A< T > &b);
2.友元函数实现，必须写成
template < typename T >
A< T > addA(A< T > &a,A< T > &b)
{
//…
}
3.友元函数调用必须写成
A< int > c4 = addA< int >(c1,c2);
类模和static数据成员
代码如下：
#include 总结：
1.从类模板实例化的每个模板类都有自己的类模板数据成员，该模板类的所有对象共享一个satic数据成员
2.和非模板类的static数据成员一样，模板类的static数据成员也应该在文件范围定义和初始化
3.static数据成员也可以使用虚拟类型参数T
类模板使用总结
1) 先写出一个实际的类
2）将此类中准备改变的类型名（如int要改变成float或char）改成一个自己制定的虚拟类型名（如上例中的T）
3）在类声明前面加入一行，格式为
template < typename 虚拟类型参数 >
如：template < typename 虚拟类型参数>
class A
{
}；//类体
4）用类模板定义对象时用以下参数：
类型板名<实际类形名>对象名；
或者，类模板名<实际类型名>对象名（实参表列）；
如：
A< int >cmp;
A< int >cmp(3,7);
5) 如果在类模板外定义成员函数，应写成类模板形式：
template
函数类型 类模板名<虚拟类型参数>::成员函数名（函数参数表列）{…}