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