C++类模板和模板类
C++
中有一个重要特性，那就是模板类型。类似于Objective-C中的泛型。C++通过类模板来实现泛型支持。
1 基础的类模板
类模板，可以定义相同的操作，拥有不同数据类型的成员属性。
通常使用template来声明。告诉编译器，碰到T不要报错，表示一种泛型.
如下，声明一个普通的类模板：
template <typename T>
class Complex{
public:
//构造函数
Complex(T a, T b)
{
this->a = a;
this->b = b;
}
//运算符重载
Complex<T> operator+(Complex &c)
{
Complex<T> tmp(this->a+c.a, this->b+c.b);
return tmp;
}
private:
T a;
T b;
}
int main()
{
//对象的定义，必须声明模板类型，因为要分配内容
Complex<int> a(10,20);
Complex<int> b(20,30);
Complex<int> c = a + b;
return 0;
}
2 模板类的继承
在模板类的继承中，需要注意以下几点：
- 如果父类自定义了构造函数，记得子类要使用构造函数列表来初始化
- 继承的时候，如果子类不是模板类，则必须指明当前的父类的类型，因为要分配内存空间
- 继承的时候，如果子类是模板类，要么指定父类的类型，要么用子类的泛型来指定父类
template <typename T>
class Parent{
public:
Parent(T p)
{
this->p = p;
}
private:
T p;
};
//如果子类不是模板类，需要指明父类的具体类型
class ChildOne:public Parent<int>{
public:
ChildOne(int a,int b):Parent(b)
{
this->cone = a;
}
private:
int cone;
};
//如果子类是模板类，可以用子类的泛型来表示父类
template <typename T>
class ChildTwo:public Parent<T>{
public:
ChildTwo(T a, T b):Parent<T>(b)
{
this->ctwo = a;
}
private:
T ctwo;
};
3 内部声明定义普通模板函数和友元模板函数
普通模板函数和友元模板函数，声明和定义都写在类的内部，也不会有什么报错。
template <typename T>
class Complex {
//友元函数实现运算符重载
friend ostream& operator<<(ostream &out, Complex &c)
{
out<<c.a << " + " << c.b << "i";
return out;
}
public:
Complex(T a, T b)
{
this->a = a;
this->b = b;
}
//运算符重载+
Complex operator+(Complex &c)
{
Complex temp(this->a + c.a, this->b + c.b);
return temp;
}
//普通加法函数
Complex myAdd(Complex &c1, Complex &c2)
{
Complex temp(c1.a + c2.a, c1.b + c2.b);
return temp;
}
private:
T a;
T b;
};
int main()
{
Complex<int> c1(1,2);
Complex<int> c2(3,4);
Complex<int> c = c1 + c2;
cout<<c<<endl;
return 0;
}
4 内部声明友元模板函数+外部定义友元模板函数
如果普通的模板函数声明在内的内部，定义在类的外部，不管是否处于同一个文件，就跟普通的函数一样，不会出现任何错误提示。但是如果是友元函数就会出现报错，是因为有二次编译这个机制存在。
4.1 模板类和模板函数的机制
在编译器进行编译的时候，编译器会产生类的模板函数的声明，当时实际确认类型后调用的时候，会根据调用的类型进行再次帮我们生成对应类型的函数声明和定义。我们称之为二次编译。同样，因为这个机制，会经常报错找不到类的函数的实现。在模板类的友元函数外部定义时，也会出现这个错误。解决方法是 “ 类的前置声明和函数的前置声明 ”。
- 按照普通模板函数的样式处理友元函数
#include <iostream>
using namespace std;
template <typename T>
class Complex {
//友元函数实现运算符重载
friend ostream& operator<<(ostream &out, Complex<T> &c);
public:
Complex(T a, T b);
//运算符重载+
Complex<T> operator+(Complex<T> &c);
//普通加法函数
Complex<T> myAdd(Complex<T> &c1, Complex<T> &c2);
private:
T a;
T b;
};
//友元函数的实现
template <typename T>
ostream& operator<<(ostream &out, Complex<T> &c)
{
out<<c.a << " + " << c.b << "i";
return out;
}
//函数的实现
template <typename T>
Complex<T>::Complex(T a, T b)
{
this->a = a;
this->b = b;
}
template <typename T>
Complex<T> Complex<T>::operator+(Complex<T> &c)
{
Complex temp(this->a + c.a, this->b + c.b);
return temp;
}
template <typename T>
Complex<T> Complex<T>::myAdd(Complex<T> &c1, Complex<T> &c2)
{
Complex temp(c1.a + c2.a, c1.b + c2.b);
return temp;
}
int main()
{
Complex<int> c1(1,2);
Complex<int> c2(3,4);
Complex<int> c = c1 + c2;
cout<<c<<endl;
return 0;
}
- 友元函数的定义写在类的外部--错误信息
Undefined symbols for architecture x86_64:
"operator<<(std::__1::basic_ostream<char, std::__1::char_traits<char> >&, Complex<int>&)", referenced from:
_main in demo1.o
ld: symbol(s) not found for architecture x86_64
clang: error: linker command failed with exit code 1 (use -v to see invocation)
上面的错误信息，就是典型的二次编译的错误信息，找不到友元函数的函数实现。所以，如果友元模板函数的定义写在函数的外部，需要进行类和函数的前置声明，来让编译器找到函数的实现
4.2 前置声明解决二次编译问题
- 类的前置声明
- 友元模板函数的前置声明
- 友元模板函数声明需要增加泛型支持
5 声明和定义分别在不同的文件（模板函数、模板友元）
类的声明和实现，分别在不同的文件下，需要增加一个hpp文件支持。或者尽量将模板函数与模板友元放在一个文件下。
- 类的声明与函数的声明写在.h文件
- 类的实现及函数的实现写在.cpp文件
- 将.cpp文件改成.hpp文件
- 在主函数中调用.hpp文件，而不是引用.h文件
如果碰到.h和.hpp文件都存在的情况下，引用.hpp文件。
demo2.h文件
存放类的声明和函数的声明
#include <iostream>
using namespace std;
//类的前置声明
template <typename T>
class Complex;
//友元函数的声明
template <typename T>
ostream& operator<<(ostream &out, Complex<T> &c);
template <typename T>
class Complex {
//友元函数实现运算符重载
friend ostream& operator<< <T> (ostream &out, Complex<T> &c);
public:
Complex(T a, T b);
//运算符重载+
Complex<T> operator+(Complex<T> &c);
//普通加法函数
Complex<T> myAdd(Complex<T> &c1, Complex<T> &c2);
private:
T a;
T b;
};
demo2.hpp文件
包括模板函数的实现
#include "demo2.h"
//友元函数的实现
template <typename T>
ostream& operator<<(ostream &out, Complex<T> &c)
{
out<<c.a << " + " << c.b << "i";
return out;
}
//函数的实现
template <typename T>
Complex<T>::Complex(T a, T b)
{
this->a = a;
this->b = b;
}
template <typename T>
Complex<T> Complex<T>::operator+(Complex<T> &c)
{
Complex temp(this->a + c.a, this->b + c.b);
return temp;
}
template <typename T>
Complex<T> Complex<T>::myAdd(Complex<T> &c1, Complex<T> &c2)
{
Complex temp(c1.a + c2.a, c1.b + c2.b);
return temp;
}
main.cpp文件
需要调用hpp文件
#include <iostream>
using namespace std;
#include "demo2.hpp"
int main()
{
Complex<int> c1(1,2);
Complex<int> c2(3,4);
Complex<int> c = c1 + c2;
cout<<c<<endl;
return 0;
}
