第十四章 - 代码重用

一，类模板

1.1，什么是类模板？

继承与包含并不总是能解决重用代码的需要。例如，Stack类与Queue类都是容器类，容器类设计用来存储其他对象或数据类型。可以定义专门用于存储double值或string对象的Stack类，除了保存的对象类型不同外，这两种Stack类的代码是相同的。然而，与其编写新的类声明，不如编写一个泛型（即独立于类型的）栈。然后将具体的类型作为参数传递给这个栈，这样就可以使用通用的代码生成存储不同数据类型的栈。模板提供参数化类型，即能将类型名作为参数传递给接收方法来建立类或函数。

1.2，定义类模板

template <typename Type>
class Queue{
private:
    struct Node{
        Type item;
        struct Node *next;
    };
    Node *first;
    Node *rear;
    int queue_size;
public:
    Queue();
    ~Queue();
    bool isEmpty() const;
    bool push(const Type);
    bool pop();
    bool getFront(const Type &);
    int queueSize() const;
};

关键字template告诉编译器，将要定义一个模板，尖括号中的内容相当于函数的参数列表。上面声明的模板不是类与成员函数定义，它们是C++编译器指令，说明了如何生成类和成员函数定义。模板的具体实现（如用来处理string对象的栈类），被称为实例化或具体化。不能将模板成员函数放在独立的实现文件中。由于模板不是函数，它们不能单独编译，模板必须与特定的模板实例化请求一起使用。

1.3，使用类模板

仅在程序中包含模板并不能生成模板类，而必须请求实例化。

Queue<int> qu1;
Queue<double> qu2;

看到上述声明之后，编译器将按Queue模板来生成两个独立的类声明和两组独立的类方法。

注意：

必须显示的提供所需的类型，这与常规的函数模板是不同的，因为编译器可以根据函数的参数类型来确定要生成哪种函数。

1.4，模板与非类型参数

template <typename Type, int n>
class ArrayTP{
private:
    Type ar[n];
public:
    ArrayTP(){};
    ArrayTP(Type &v){
        for(int i = 0; i < n; i ++){
            ar[i] = v;
        }
    }
    void show(){
        for(int i = 0; i < n; i ++){
            cout<<ar[i]<<" ";
        }
        cout<<endl;
    }
};

假设有下面的声明

ArrayTP<int, 10> ar(num);

这导致编译器定义名为ArrayTP<int, 10>的类，并创建一个类型为ArrayTP<int, 10>的ar对象。上面的模板声明中，int指出n的类型为int，这是一个非类型参数。上面使用非类型参数创建数组模板的主要缺点是，每种数组大小都将生成自己的模板。下面的声明将生成两个独立的类声明：

ArrayTP<int, 10> a(num);
ArrayTP<int, 11> b(num);

1.5，模板的多功能性

1，可以将用于常规类的技术用于模板类。

2，模板可以使用多个类型参数。

template <class T1, class T2>
class pair{...};

3，默认类型模板参数，可以为类型参数提供默认值

template <class T1, class T2 = int>
class pair{...};

1.6，模板的具体化

类模板与函数模板很相似，可以有隐式实例化、显示实例化和显示具体化，它们统称为具体化。

1.6.1，隐式实例化

声明一个或多个对象，编译器将使用模本生成具体的类定义

int num = 5;
ArrayTP<int, 10> a(num);

1.6.2，显示实例化

使用关键字template指出所需类型来声明类，编译器将生成类声明的显示实例化。

template class ArrayTP<string, 100>;

1.6.3，显示具体化

显示具体化是特定类型的定义。有时候可能需要在为特殊类型实例化时，对模板进行修改，使其行为不同。例如，假设已经为用于表示排序后数组的类（元素在加入时被排序）定义一个模板：

template <class Type>
class sortedArray{...};

模板使用>来进行值的比较。对于数字，这管用。对于自定义的类，只要类定义了operator>方法，这也管用。但如果Type是由const char 表示的字符串，这将不管用。实际上，模板可以正常工作，但是字符串按地址进行排序。这要求类定义使用strcmp()，而不是>来对值进行比较。在这种情况下，可以提供一个显式模板具体化，这将采用为具体类型定义的模板。下面声明一个专供const char 类型使用的模板，其中的实现代码使用strcmp()来进行值的比较，而不是>来对值进行比较。

template <> class sortedArray<const char *>{...};

当具体化模板与通用模板都与实例化请求匹配时，编译器将使用具体化模板。

1.6.4，部分具体化

C++允许部分具体化，即部分限制模板的通用性。

//general template
template <class T1, class T2> class pair{...};

//specialization with T2 set to int
template <class T1> class pair<T1, int>{...};

//specialization with T1 and T2 set to int
template <> class pair<int, int>{...};

如果有多个模板可供选择，编译器将使用具体化程度最高的模板。

 pair<double, double> p1;  //use general pair template
 pair<double, int> p2;  //use pair<T1, int> partial specialization
 pair<int, int> p3;  //use pair<int, int> explicit specialization