c++通用模板类(template class)定义实现详细介绍

原文地址：

有时，有两个或多个类，其功能是相同的，仅仅是数据类型不同，如下面语句声明了一个类：

class Compare_int
{
   public :
   Compare(int a,int b)
   {
      x=a;
      y=b;
   }
   int max( )
   {
      return (x>y)?x:y;
}
int min( )
{
   return (x<y)?x:y;}
   private :
   int x,y;
};

其作用是对两个整数作比较，可以通过调用成员函数max和min得到两个整数中的大者和小者。如果想对两个浮点数(float型)作比较，需要另外声明一个类：

class Compare_float
{
   public :
   Compare(float a,float b)
   {x=a;y=b;}
   float max( )
   {return (x>y)?x:y;}
   float min( )
   {return (x<y)?x:y;}
   private :
   float x,y;
}

显然这基本上是重复性的工作，应该有办法减少重复的工作。

   C++在发展的后期增加了模板(template)的功能，提供了解决这类问题的途径。可以声明一个通用的类模板，它可以有一个或多个虚拟的类型参数，如对以上两个类可以综合写出以下的类模板：

template <class numtype> //声明一个模板，虚拟类型名为numtype
class Compare //类模板名为Compare
{
   public :
   Compare(numtype a,numtype b)
   {x=a;y=b;}
   numtype max( )
   {return (x>y)?x:y;}
   numtype min( )
   {return (x<y)?x:y;}
   private :
   numtype x,y;
};

请将此类模板和前面第一个Compare_int类作一比较，可以看到有两处不同：

1)声明类模板时要增加一行  

template <class 类型参数名>

2)原有的类型名int换成虚拟类型参数名numtype。

   在建立类对象时，如果将实际类型指定为int型，编译系统就会用int取代所有的numtype，如果指定为float型，就用float取代所有的numtype。这样就能实现“一类多用”。由于类模板包含类型参数，因此又称为参数化的类。如果说类是对象的抽象，对象是类的实例，则类模板是类的抽象，类是类模板的实例。利用类模板可以建立含各种数据类型的类。在声明了一个类模板后，怎样使用它？怎样使它变成一个实际的类？

先回顾一下用类来定义对象的方法：

  Compare_int cmp1(4,7); // Compare_int是已声明的类

用类模板定义对象的方法与此相似，但是不能直接写成

  Compare cmp(4,7); // Compare是类模板名

  Compare是类模板名，而不是一个具体的类，类模板体中的类型numtype并不是一个实际的类型，只是一个虚拟的类型，无法用它去定义对象。

必须用实际类型名去取代虚拟的类型，具体的做法是：

  Compare <int> cmp(4,7);

即在类模板名之后在尖括号内指定实际的类型名，在进行编译时，编译系统就用int取代类模板中的类型参数numtype，这样就把类模板具体化了，或者说实例化了。这时Compare<int>就相当于前面介绍的Compare_int类。

例子:声明一个类模板，利用它分别实现两个整数、浮点数和字符的比较，求出大数和小数。

#include <iostream>
using namespace std;
template <class numtype>
//定义类模板
class Compare
{
   public :
   Compare(numtype a,numtype b)
   {x=a;y=b;}
   numtype max( )
   {return (x>y)?x:y;}
   numtype min( )
   {return (x<y)?x:y;}
   private :
   numtype x,y;
};
int main( )
{
   Compare<int > cmp1(3,7);//定义对象cmp1，用于两个整数的比较
   cout<<cmp1.max( )<<″ is the Maximum of two integer numbers.″<<endl;
   cout<<cmp1.min( )<<″ is the Minimum of two integer numbers.″<<endl<<endl;
   Compare<float > cmp2(45.78,93.6); //定义对象cmp2，用于两个浮点数的比较
   cout<<cmp2.max( )<<″ is the Maximum of two float numbers.″<<endl;
   cout<<cmp2.min( )<<″ is the Minimum of two float numbers.″<<endl<<endl;
   Compare<char> cmp3(′a′,′A′); //定义对象cmp3，用于两个字符的比较
   cout<<cmp3.max( )<<″ is the Maximum of two characters.″<<endl;
   cout<<cmp3.min( )<<″ is the Minimum of two characters.″<<endl;
   return 0;
}

运行结果如下：

7 is the Maximum of two integers.
3 is the Minimum of two integers.
93.6 is the Maximum of two float numbers.
45.78 is the Minimum of two float numbers.
a is the Maximum of two characters.
A is the Minimum of two characters.

还有一个问题要说明： 上面列出的类模板中的成员函数是在类模板内定义的。如果改为在类模板外定义，不能用一般定义类成员函数的形式：

  numtype Compare::max( ) {…} //不能这样定义类模板中的成员函数

而应当写成类模板的形式：

  template <class numtype>

  numtype Compare<numtype>::max( )

  {{return (x>y)?x:y;}

归纳以上的介绍，可以这样声明和使用类模板：

先写出一个实际的类。由于其语义明确，含义清楚，一般不会出错。

将此类中准备改变的类型名(如int要改变为float或char)改用一个自己指定的虚拟类型名(如上例中的numtype)。

在类声明前面加入一行，格式为

template <class 虚拟类型参数>，如

template <class numtype> //注意本行末尾无分号

class Compare

{…}; //类体

用类模板定义对象时用以下形式：

  类模板名<实际类型名> 对象名;

  类模板名<实际类型名> 对象名(实参表列);

如

  Compare<int> cmp;

  Compare<int> cmp(3,7);

如果在类模板外定义成员函数，应写成类模板形式：

  template <class 虚拟类型参数>

  函数类型 类模板名<虚拟类型参数>::成员函数名(函数形参表列) {…}

关于类模板的几点说明：

类模板的类型参数可以有一个或多个，每个类型前面都必须加class，如

template <class T1,class T2>

class someclass

{…};

在定义对象时分别代入实际的类型名，如

  someclass<int,double> obj;

和使用类一样，使用类模板时要注意其作用域，只能在其有效作用域内用它定义对象。

模板可以有层次，一个类模板可以作为基类，派生出派生模板类。

模板类和重载函数一起使用

    两者一起使用时，先考虑重载函数，后考虑模板类，如过再找不到，就考虑类型转换，可能会带来精度的变化。

#include <iostream>
using namespace std ;
 //函数模板
template <class T>
const T MAX(T a , T b)
{
   printf("%s\n" , "template") ;
   return (a > b) ? a : b ;
}
int MAX(int x , int y)
{
    printf("%s\n" , "int int" );
    return (x > y) ? x : y ;
}
int MAX(char x , int y)
{
    printf("%s\n" , "char int" );
    return (x > y) ? x : y ;
}
int MAX(int x , char y)
{
    printf("%s\n" , "int char" );
    return (x > y) ? x : y ;
}
int main()
{
   int   a = 3 , b = 5 ;
   char x = 'x' ;
   double c = 3.4  ;
   cout<<MAX(a , b)<<endl ; //调用重载函数
   cout<<MAX(c , d)<<endl ; //无对应的重载函数，则调用模板
  cout<<MAX(a , x)<<endl ; //重载函数
  cout<<MAX(x , a)<<endl ; //重载函数
  cout<<MAX(c , a)<<endl ;
   cout<<MAX(a) ;
   system("pause") ;
   return 0 ;
}

类定义体外定义的成员函数，应该使用函数模板.

#include <iostream>
  using namespace std ;
  template <class T>
  class Base
  {
    public :
     T a ;
     Base(T b)
     {
       a = b ;
     }
     T getA(){return a ;} //类内定义
     void setA(T c);
  } ;
  template <class T>   //模板在类外的定义
  void  Base<T>::setA(T c)
   {
     a = c ;
   }
  int main()
  {
       Base <int>b(4) ;
       cout<<b.getA() ;
       Base <double> bc(4) ;
       bc.setA(4.3) ;
       cout<<bc.getA() ;
       system("pause") ;
   return 0 ;
  }