为什么使用类模板
在前面的几章中,我们主要学习了函数模板,今天,我们来看一下类模板。在C++的模板机制中有两种模板,一种是函数模板,描述与数据类型无关的算法;一种是类模板,描述与数据类型无关的数据结构。
相信,现在一定有很多人在问,什么 是类模板?
类模板与函数模板类似,它们的本质都是一种声明,不同的是:函数模板描述的是如何生成一个函数实例,而类模板描述的是如何生成一个类。由类模板生成的类,我们称为模板类。模板类是类模板的具现,类模板是模板类的抽象。
那么,我们为什么要使用类模板呢?
为了回答这个问题,我们从下面的例子开始。
例1 实现一个整数的链表类,实现对其增删改查的成员函数
main.cpp内容如下:
#include "IntList.h" int main() { CIntList IntList; IntList.AppendNode(1); IntList.AppendNode(2); IntList.AppendNode(3); IntList.AppendNode(4); IntList.AppendNode(5); IntList.PrintList(); if (IntList.ModifyNode(5, 6) == false) { std::cout << "修改数据失败!\n" << std::endl; return 0; } IntList.PrintList(); if (IntList.DelNode(6) == false) { std::cout << "删除数据失败!\n" << std::endl; return 0; } IntList.PrintList(); ListNode * pNode = NULL; if (IntList.FindNode(5, pNode) == false) { std::cout << "数据5不存在!\n" << std::endl; } else { std::cout << "数据5存在!\n" << std::endl; } if (IntList.FindNode(3, pNode) == false) { std::cout << "数据3不存在!\n" << std::endl; } else { std::cout << "数据3存在!\n" << std::endl; } IntList.FreeList(); return 0; }IntList.h的内容如下:
#ifndef _INTLIST_H_ #define _INTLIST_H_ #include<iostream> typedef struct _tagListNode { int m_nData; _tagListNode * m_pNext; _tagListNode() { m_nData = 0; m_pNext = NULL; } }ListNode; class CIntList { public: CIntList(); ~CIntList(); bool AppendNode(int nData); bool DelNode(int nData); bool ModifyNode(int nOldData, int nNewData); bool FindNode(int nData, ListNode * & Out); void PrintList(); void FreeList(); protected: ListNode * m_pFirst; }; #endif
IntList.cpp的内容如下:
#include "IntList.h" CIntList::CIntList() { m_pFirst = NULL; } CIntList::~CIntList() { ListNode * pTemp = m_pFirst; while (pTemp) { m_pFirst = pTemp->m_pNext; delete pTemp; pTemp = m_pFirst; } m_pFirst = NULL; } bool CIntList::AppendNode(int nData) { ListNode * pNewNode = new ListNode; if (!pNewNode) { return false; } pNewNode->m_nData = nData; if (!m_pFirst) { m_pFirst = pNewNode; return true; } ListNode * pTemp = m_pFirst; while (pTemp->m_pNext) { pTemp = pTemp->m_pNext; } pTemp->m_pNext = pNewNode; return true; } bool CIntList::DelNode(int nData) { ListNode * pPrevNode = NULL; ListNode * pCurNode = NULL; ListNode * pTempNode = NULL; if (!m_pFirst) { return false; } if (m_pFirst->m_nData == nData) { pTempNode = m_pFirst; m_pFirst = m_pFirst->m_pNext; delete pTempNode; pTempNode = NULL; return true; } pPrevNode = m_pFirst; pCurNode = m_pFirst->m_pNext; while (pCurNode) { if (pCurNode->m_nData == nData) { pPrevNode->m_pNext = pCurNode->m_pNext; delete pCurNode; pCurNode = NULL; return true; } pPrevNode = pCurNode; pCurNode = pCurNode->m_pNext; } return false; } bool CIntList::ModifyNode(int nOldData, int nNewData) { ListNode * pCurNode = NULL; pCurNode = m_pFirst; while (pCurNode) { if (pCurNode->m_nData == nOldData) { pCurNode->m_nData = nNewData; return true; } pCurNode = pCurNode->m_pNext; } return false; } bool CIntList::FindNode(int nData, ListNode * & Out) { ListNode * pCurNode = NULL; Out = NULL; pCurNode = m_pFirst; while (pCurNode) { if (pCurNode->m_nData == nData) { Out = pCurNode; return true; } pCurNode = pCurNode->m_pNext; } return false; } void CIntList::PrintList() { ListNode * pCurNode = NULL; pCurNode = m_pFirst; std::cout << "链表数据结点:" << std::endl; while (pCurNode) { std::cout << pCurNode->m_nData << "\t"; pCurNode = pCurNode->m_pNext; } std::cout << std::endl; } void CIntList::FreeList() { ListNode * pTemp = m_pFirst; while (pTemp) { m_pFirst = pTemp->m_pNext; delete pTemp; pTemp = m_pFirst; } m_pFirst = NULL; return; }运行效果如图1所示:
图1 例1的运行效果
例1完成了一个整数链表,并完成了对其增删改查,仔细观察,代码不少。倘若,我现在需要一个浮点类型的链表,功能与之相同,只是数据元素的类型不同,那么,我是否可以复用上述代码的算法呢?如果不可以,我还需要再写一遍相同的代码,只是数据元素的类型不同而已,那就太麻烦了。幸运的是C++已经为我们想到了这一点,通过使用C++提供的类模板机制,就可以复用例1代码中的算法,具体如例2所示。
例2 使用类模板完成的链表
main.cpp的内容如下:
#include "TList.hpp" int main() { CTList<int> IntList; IntList.AppendNode(1); IntList.AppendNode(2); IntList.AppendNode(3); IntList.AppendNode(4); IntList.AppendNode(5); IntList.PrintList(); if (IntList.ModifyNode(5, 6) == false) { std::cout << "修改数据失败!\n" << std::endl; return 0; } IntList.PrintList(); if (IntList.DelNode(6) == false) { std::cout << "删除数据失败!\n" << std::endl; return 0; } IntList.PrintList(); ListNode<int> * pNode = NULL; if (IntList.FindNode(5, pNode) == false) { std::cout << "数据5不存在!\n" << std::endl; } else { std::cout << "数据5存在!\n" << std::endl; } if (IntList.FindNode(3, pNode) == false) { std::cout << "数据3不存在!\n" << std::endl; } else { std::cout << "数据3存在!\n" << std::endl; } IntList.FreeList(); CTList<float> FloatList; FloatList.AppendNode(1.1); FloatList.AppendNode(2.2); FloatList.AppendNode(3.3); FloatList.AppendNode(4.4); FloatList.AppendNode(5.5); FloatList.PrintList(); if (FloatList.ModifyNode(5.5, 6.6) == false) { std::cout << "修改数据失败!\n" << std::endl; return 0; } FloatList.PrintList(); if (FloatList.DelNode(6.6) == false) { std::cout << "删除数据失败!\n" << std::endl; return 0; } FloatList.PrintList(); ListNode<float> * pNode2 = NULL; if (FloatList.FindNode(5.5, pNode2) == false) { std::cout << "数据5.5不存在!\n" << std::endl; } else { std::cout << "数据5.5存在!\n" << std::endl; } if (FloatList.FindNode(3.3, pNode2) == false) { std::cout << "数据3.3不存在!\n" << std::endl; } else { std::cout << "数据3.3存在!\n" << std::endl; } FloatList.FreeList(); return 0; }TList.hpp的内容如下:
#ifndef _TLIST_HPP_ #define _TLIST_HPP_ #include<iostream> template<typename T> struct ListNode { T m_Data; ListNode * m_pNext; ListNode() { m_pNext = NULL; } }; template<typename T> class CTList { public: CTList(); ~CTList(); bool AppendNode(T Data); bool DelNode(T Data); bool ModifyNode(T OldData, T NewData); bool FindNode(T nData, ListNode<T> * & Out); void PrintList(); void FreeList(); protected: ListNode<T> * m_pFirst; }; template<typename T> CTList<T>::CTList() { m_pFirst = NULL; } template<typename T> CTList<T>::~CTList() { ListNode<T> * pTemp = m_pFirst; while (pTemp) { m_pFirst = pTemp->m_pNext; delete pTemp; pTemp = m_pFirst; } m_pFirst = NULL; } template<typename T> bool CTList<T>::AppendNode(T Data) { ListNode<T> * pNewNode = new ListNode<T>; if (!pNewNode) { return false; } pNewNode->m_Data = Data; if (!m_pFirst) { m_pFirst = pNewNode; return true; } ListNode<T> * pTemp = m_pFirst; while (pTemp->m_pNext) { pTemp = pTemp->m_pNext; } pTemp->m_pNext = pNewNode; return true; } template<typename T> bool CTList<T>::DelNode(T Data) { ListNode<T> * pPrevNode = NULL; ListNode<T> * pCurNode = NULL; ListNode<T> * pTempNode = NULL; if (!m_pFirst) { return false; } if (m_pFirst->m_Data == Data) { pTempNode = m_pFirst; m_pFirst = m_pFirst->m_pNext; delete pTempNode; pTempNode = NULL; return true; } pPrevNode = m_pFirst; pCurNode = m_pFirst->m_pNext; while (pCurNode) { if (pCurNode->m_Data == Data) { pPrevNode->m_pNext = pCurNode->m_pNext; delete pCurNode; pCurNode = NULL; return true; } pPrevNode = pCurNode; pCurNode = pCurNode->m_pNext; } return false; } template<typename T> bool CTList<T>::ModifyNode(T OldData, T NewData) { ListNode<T> * pCurNode = NULL; pCurNode = m_pFirst; while (pCurNode) { if (pCurNode->m_Data == OldData) { pCurNode->m_Data = NewData; return true; } pCurNode = pCurNode->m_pNext; } return false; } template<typename T> bool CTList<T>::FindNode(T Data, ListNode<T> * & Out) { ListNode<T> * pCurNode = NULL; Out = NULL; pCurNode = m_pFirst; while (pCurNode) { if (pCurNode->m_Data == Data) { Out = pCurNode; return true; } pCurNode = pCurNode->m_pNext; } return false; } template<typename T> void CTList<T>::PrintList() { ListNode<T> * pCurNode = NULL; pCurNode = m_pFirst; std::cout << "链表数据结点:" << std::endl; while (pCurNode) { std::cout << pCurNode->m_Data << "\t"; pCurNode = pCurNode->m_pNext; } std::cout << std::endl; } template<typename T> void CTList<T>::FreeList() { ListNode<T> * pTemp = m_pFirst; while (pTemp) { m_pFirst = pTemp->m_pNext; delete pTemp; pTemp = m_pFirst; } m_pFirst = NULL; return; } #endif
运行效果如图2所示:
图2 例2的运行效果
在例2中,我们使用类模板实现了一个与具体数据类型无关的链表,并在主函数中使用这个类模板创建了两个模板类,分别针对整型和浮点类型。这两个模板类复用了相同的数诀结构算法,但是却可以操作不同类型的数据元素,这就是类模板的好处。
小结
今天,我们主要讲述了什么是类模板以及使用类模板的好处,希望大家回去能够实践一下今天的内容,加深印象。