淺析C++函數(shù)模板和類(lèi)模板

第淺析C++函數(shù)模板和類(lèi)模板目錄一、函數(shù)模板1、函數(shù)模板的定義和使用2、函數(shù)模板的編譯原理3、函數(shù)模板的聲明二、類(lèi)模板1、類(lèi)模板的定義和使用2、類(lèi)模板的編譯原理3、類(lèi)模板的繼承和派生C++語(yǔ)言全盤(pán)繼承了C語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，其中包換非常豐富的系統(tǒng)函數(shù)，例如輸入/輸出函數(shù)、數(shù)學(xué)函數(shù)、字符串處理函數(shù)和動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配函數(shù)等。C++語(yǔ)言另外又增加了一些新的庫(kù)，我們把C++語(yǔ)言新增的這部分庫(kù)稱為C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)。C++語(yǔ)言的模板技術(shù)包括函數(shù)模板和類(lèi)模板。模板技術(shù)是一種代碼重用技術(shù)，函數(shù)和類(lèi)是C++語(yǔ)言中兩種主要的重用代碼形式。代碼模板使源程序更加凝練。

一、函數(shù)模板

函數(shù)模板的基本原理是通過(guò)數(shù)據(jù)類(lèi)型的參數(shù)化，將一組算法相同但所處理數(shù)據(jù)類(lèi)型不同的重載函數(shù)凝練成一個(gè)函數(shù)模板。

1、函數(shù)模板的定義和使用

函數(shù)模板的定義語(yǔ)法形式：

template類(lèi)型參數(shù)列表

函數(shù)類(lèi)型函數(shù)名(形參參數(shù)列表)

{

函數(shù)體

}

函數(shù)模板的幾點(diǎn)語(yǔ)法細(xì)則：

定義函數(shù)模板以關(guān)鍵字template開(kāi)頭類(lèi)型參數(shù)列表可以聲明一個(gè)或多個(gè)類(lèi)型參數(shù)，每個(gè)類(lèi)型參數(shù)以typename類(lèi)型參數(shù)名或class類(lèi)型參數(shù)名的形式聲明，類(lèi)型參數(shù)之間用逗號(hào)，隔開(kāi)。函數(shù)模板的其余部分，包括函數(shù)類(lèi)型、函數(shù)名、形式參數(shù)列表以及函數(shù)體，它們和普通函數(shù)的定義形式?jīng)]有什么區(qū)別。使用typename和class聲明的類(lèi)型參數(shù)可視為一種新的數(shù)據(jù)類(lèi)型，可用來(lái)定義函數(shù)類(lèi)型(即返回值類(lèi)型)、形參類(lèi)型和局部變量類(lèi)型。類(lèi)型參數(shù)是表示數(shù)據(jù)類(lèi)型的參數(shù)，再實(shí)際調(diào)用時(shí)可被替換成任意數(shù)據(jù)類(lèi)型

示例：

#includeiostream

usingnamespacestd;

templatetypenameT//定義函數(shù)模板Max，聲明一個(gè)類(lèi)型參數(shù)T

TMax(Tx,Ty)//使用類(lèi)型參數(shù)T定義函數(shù)類(lèi)型和形參x和y的類(lèi)型

return(xyx:y);

intmain()

coutMax(5,10)endl;//調(diào)用返回最大值10

coutMax(5.2,10.2)endl;//調(diào)用返回最大值10.2

return0;

}

函數(shù)模板可以像普通函數(shù)一樣被調(diào)用。再調(diào)用者看來(lái)，函數(shù)模板的類(lèi)型參數(shù)像是一種通用數(shù)據(jù)類(lèi)型。

2、函數(shù)模板的編譯原理

函數(shù)模板是具有類(lèi)型參數(shù)的函數(shù)。類(lèi)型參數(shù)是表示數(shù)據(jù)類(lèi)型的參數(shù)，可指代任意一種實(shí)際數(shù)據(jù)類(lèi)型。編譯器再編譯到函數(shù)模板的調(diào)用語(yǔ)句時(shí)，根據(jù)位置對(duì)應(yīng)關(guān)系從實(shí)參數(shù)據(jù)類(lèi)型推導(dǎo)出類(lèi)型參數(shù)所指代的數(shù)據(jù)類(lèi)型，然后按照函數(shù)模板自動(dòng)生成一個(gè)該類(lèi)型的函數(shù)定義代碼。不同類(lèi)型實(shí)參的函數(shù)模板調(diào)用語(yǔ)句將生成不同類(lèi)型的重載函數(shù)。函數(shù)模板將數(shù)據(jù)類(lèi)型參數(shù)化，調(diào)用時(shí)會(huì)呈現(xiàn)參數(shù)多態(tài)性。

3、函數(shù)模板的聲明

跟普通函數(shù)一樣函數(shù)模板也需要先定義后調(diào)用的原則。如果函數(shù)模板定義再調(diào)用后，或定義再其他程序文件中，則應(yīng)先聲明后調(diào)用。函數(shù)模板的聲明語(yǔ)法形式為：

template類(lèi)型參數(shù)列表

函數(shù)類(lèi)型函數(shù)名(形參參數(shù)列表)；

或

template類(lèi)型參數(shù)列表函數(shù)類(lèi)型函數(shù)名(形參參數(shù)列表)；

#includeiostream

usingnamespacestd;

templatetypenameT//函數(shù)模板Max定義聲明

TMax(Tx,Ty);

intmain()

coutMax(5,10)endl;//函數(shù)模板Max使用

coutMax(5.2,10.2)endl;

return0;

templatetypenameT//函數(shù)模板Max定義

TMax(Tx,Ty)

return(xyx:y);

}

程序員再編程時(shí)可以靈活使用模板技術(shù)。在定義多個(gè)重載函數(shù)時(shí)可以考慮是否將他們定義成一個(gè)函數(shù)模板，這樣可以凝練函數(shù)代碼。再定義單個(gè)函數(shù)時(shí)也可以考慮定義成函數(shù)模板，這樣可以提高函數(shù)代碼的可重用性。對(duì)于調(diào)用函數(shù)模板的程序員而言，函數(shù)模板和普通函數(shù)沒(méi)有什么區(qū)別。唯一不同的時(shí)函數(shù)模板可以處理不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)。

二、類(lèi)模板

應(yīng)用模板技術(shù)，也可以將一組功能相同但所處理數(shù)據(jù)類(lèi)型不同的類(lèi)凝練成一個(gè)類(lèi)模板。編譯時(shí)，再由編譯器按照類(lèi)模板自動(dòng)生成針對(duì)不同數(shù)據(jù)類(lèi)型的類(lèi)定義代碼。

1、類(lèi)模板的定義和使用

定義類(lèi)模板的語(yǔ)法形式：

template類(lèi)型參數(shù)列表

class類(lèi)名//類(lèi)聲明部分

{

類(lèi)成員聲明

}

//類(lèi)實(shí)現(xiàn)部分：所有類(lèi)外定義的函數(shù)成員，必須按如下的語(yǔ)法形式將它們定義成函數(shù)模板

template類(lèi)型參數(shù)列表

函數(shù)類(lèi)型類(lèi)名類(lèi)型參數(shù)名列表::函數(shù)名(形式參數(shù)列表)

{函數(shù)體}

類(lèi)模板的幾點(diǎn)語(yǔ)法細(xì)則：

定義類(lèi)模板以關(guān)鍵字template開(kāi)頭類(lèi)型參數(shù)列表可以聲明一個(gè)或多個(gè)類(lèi)型參數(shù)，每個(gè)類(lèi)型參數(shù)以typename類(lèi)型參數(shù)名或class類(lèi)型參數(shù)名的形式聲明，類(lèi)型參數(shù)之間用逗號(hào)，隔開(kāi)。類(lèi)模板定義的其余部分，包括類(lèi)名、類(lèi)成員聲明以及類(lèi)實(shí)現(xiàn)部分，它們和普通類(lèi)的定義形式基本相同。定義類(lèi)模板的函數(shù)成員，如果再類(lèi)內(nèi)定義(內(nèi)聯(lián)函數(shù)),其語(yǔ)法形式和普通類(lèi)的函數(shù)成員沒(méi)區(qū)別；如果再類(lèi)外(即類(lèi)實(shí)現(xiàn)部分)定義，則必須按照函數(shù)模板的語(yǔ)法形式來(lái)定義，并且還要再函數(shù)名前面加類(lèi)名類(lèi)型參數(shù)名列表::限定。使用typename和class聲明的類(lèi)型參數(shù)可視為一種新的數(shù)據(jù)類(lèi)型，類(lèi)型參數(shù)是表示數(shù)據(jù)類(lèi)型的參數(shù)，再使用類(lèi)模板時(shí)可被替換成任意數(shù)據(jù)類(lèi)型。

定義好的類(lèi)模板可以像普通類(lèi)一樣被用來(lái)定義對(duì)象。使用類(lèi)模板定義對(duì)象時(shí)，需要明確給出類(lèi)模板中類(lèi)型參數(shù)所指代的實(shí)際數(shù)據(jù)類(lèi)型。其語(yǔ)法形式如下：類(lèi)模板名實(shí)際數(shù)據(jù)類(lèi)型列表對(duì)象名1，對(duì)象名2.....;

類(lèi)模板語(yǔ)法示例：

在類(lèi)內(nèi)定義函數(shù)成員(內(nèi)聯(lián))

#includeiostream

usingnamespacestd;

templatetypenameT//類(lèi)模板A

classA//類(lèi)聲明部分

private://聲明兩個(gè)私有數(shù)據(jù)成員

Ta1;

inta2;

public:

A(Tp1,intp2)//定義構(gòu)造函數(shù)

{a1=p1;a2=p2}

voidShow()//顯示數(shù)據(jù)成員

{couta1","a2endl;}

TSum()//求數(shù)據(jù)成員的和

{return(T)(a1+a2);}

//無(wú)類(lèi)實(shí)現(xiàn)部分

intmain()

//用類(lèi)模板定義對(duì)象

Adoubleo1(10.5,6);//double型對(duì)象

o1.Show();//顯示：10.5，6

couto1.Sum()endl;//顯示：16.5

Ainto2(10,6);//int型對(duì)象

o2.Show();//顯示：10，6

couto1.Sum()endl;//顯示：16

return0;

}

在類(lèi)外定義函數(shù)模板成員

#includeiostream

usingnamespacestd;

templatetypenameT//類(lèi)模板A

classA//類(lèi)聲明部分

private://聲明兩個(gè)私有數(shù)據(jù)成員

Ta1;

inta2;

public:

A(Tp1,intp2);//定義構(gòu)造函數(shù)

voidShow();//顯示數(shù)據(jù)成員

TSum();//求數(shù)據(jù)成員的和

//類(lèi)實(shí)現(xiàn)部分

templatetypenameT

AT::A(Tp1,intp2)

{a1=p1;a2=p2}

templatetypenameT

voidAT::Show()

{couta1","a2endl;}

templatetypenameT

TAT::Sum()

{return(T)(a1+a2);}

intmain()

//用類(lèi)模板定義對(duì)象

Adoubleo1(10.5,6);//double型對(duì)象

o1.Show();//顯示：10.5，6

couto1.Sum()endl;//顯示：16.5

Ainto2(10,6);//int型對(duì)象

o2.Show();//顯示：10，6

couto1.Sum()endl;//顯示：16

return0;

}

2、類(lèi)模板的編譯原理

當(dāng)定義到類(lèi)模板定義對(duì)象語(yǔ)句時(shí)，編譯器將根據(jù)所給出的實(shí)際數(shù)據(jù)類(lèi)型來(lái)取代類(lèi)型參數(shù)T。例如Adoubleo1(10.5,6);編譯時(shí)將類(lèi)模板中類(lèi)類(lèi)型參數(shù)綁定到某個(gè)具體數(shù)據(jù)類(lèi)型的過(guò)程，稱為類(lèi)模板的實(shí)例化。實(shí)例化所生成的類(lèi)稱為類(lèi)模板的實(shí)例類(lèi)。實(shí)例類(lèi)是一個(gè)普通的類(lèi)，可以用來(lái)定義對(duì)象。

類(lèi)模板編譯原理：類(lèi)模板是具有類(lèi)型參數(shù)的類(lèi)。類(lèi)型參數(shù)是表示數(shù)據(jù)類(lèi)型的參數(shù)，可指代任意實(shí)際數(shù)據(jù)類(lèi)型。編譯器在編譯到使用類(lèi)模板定義對(duì)象語(yǔ)句時(shí)，將首先按照所給定的實(shí)際數(shù)據(jù)類(lèi)型對(duì)類(lèi)模板進(jìn)行實(shí)例化，生成一個(gè)實(shí)例類(lèi)。最終，編譯器使用實(shí)例類(lèi)來(lái)定義所需要的對(duì)象。

3、類(lèi)模板的繼承和派生

類(lèi)模板可以被繼承，派生出新類(lèi)。以類(lèi)模板為基類(lèi)定義派生類(lèi)，可以在派生時(shí)實(shí)例化，也可以繼續(xù)定義派生類(lèi)模板。

1、定義實(shí)例化派生類(lèi)

定義實(shí)例化派生類(lèi)就是在派生類(lèi)繼承基類(lèi)的時(shí)候?qū)㈩?lèi)型參數(shù)賦值，此時(shí)派生類(lèi)對(duì)基類(lèi)進(jìn)行實(shí)例化。

實(shí)例化派生類(lèi)示例

#includeiostream

usingnamespacestd;

templatetypenameT//類(lèi)模板基類(lèi)Base

classBase//類(lèi)聲明部分

private://聲明私有數(shù)據(jù)成員

Ta;

public:

Base(Tx){a=x;}

voidShow(){cout"a="a",";}

//無(wú)類(lèi)實(shí)現(xiàn)部分

classDerived:publicBasedouble//公有繼承基類(lèi)模板Base，派生時(shí)實(shí)例化

private://聲明新增數(shù)據(jù)成員

intb;

public:

//注意派生類(lèi)構(gòu)造函數(shù)寫(xiě)法

Derived(doublep1,intp2):Basedouble(p1){b=p2;}

//新增函數(shù)成員Show

voidShow(){Basedouble::Show();cout"b="bendl;}

intmain()

Derivedobj(10.5,6);//定義派生類(lèi)Derived對(duì)象obj

obj.Show();//顯示結(jié)果：a=10.5,b=6

return0;

}

在編譯到派生類(lèi)Derived的定義代碼時(shí)，編譯器將按照所給定的實(shí)際數(shù)據(jù)類(lèi)型double對(duì)類(lèi)模板Base進(jìn)行實(shí)例化，生成一個(gè)double型的實(shí)例類(lèi)，最終派生類(lèi)Derived繼承的是該實(shí)例類(lèi)。

2、定義派生類(lèi)模板

定義派生類(lèi)模板是派生類(lèi)在繼承類(lèi)模板基類(lèi)時(shí)不進(jìn)行實(shí)例化，因此派生類(lèi)仍然是一個(gè)類(lèi)模板。

派生類(lèi)模板示例

#includeiostream

usingnamespacestd;

templatetypenameT//類(lèi)模板基類(lèi)Base

classBase//類(lèi)聲明部分

private://聲明私有數(shù)據(jù)成員

Ta;

public:

Base(Tx){a=x;}

voidShow(){cout"a="a",";}

//無(wú)類(lèi)實(shí)現(xiàn)部分

//公有繼承類(lèi)模板Base，派生類(lèi)仍為類(lèi)模板

templatetypenameT,typenameTT//新增類(lèi)型參數(shù)TT

classDerived:publicBaseT//公有繼承基類(lèi)模板Base,定義派生類(lèi)模板

private://聲明新增數(shù)據(jù)成員

TTb;

public:

//注意派生類(lèi)構(gòu)造函數(shù)寫(xiě)法

Derived(Tp1,TTp2):BaseT(p1){b=p2;}

//新增函數(shù)成員Show

voidShow(){BaseT::Show();cout"b="bendl;}

intmain()

Deriveddouble,intobj(