C++ 模闆類

在C++中，模闆類最主要是解決這樣的一個問題：多個類的功能相同，隻是由于資料類型不同而不得不重複定義幾個相似的類，導緻無用的工作量增大和代碼量增多。

模闆定義：模闆就是實作代碼重用機制的一種工具，它可以實作類型參數化，即把類型定義為參數，進而實作了真正的代碼可重用性。模版可以分為兩類，一個是函數模版，另外一個是類模版。

具體執行個體：實作對兩個整數比較、兩個浮點數比較。則我們要重複定義下面兩個類

class Compare_int class Compare_folat

{ {

public : public :

Compare(int iA,int iB) Compare(float fA a,float fB)

{ {

m_iA = a; m_fA = fA ;

m_iB = b; m_fB = fB;

} }

int max(){return (m_iA > m_iB ) ? m_iA : m_iB ;} int max(){return (m_fA > m_fB ) ? m_fA : m_fB ;}

int min(){return (m_iA < m_iB ) ? m_iA :m_iB ;} int min(){return (m_fA < m_fB ) ? m_fA :m_fB ;}

private: private:

int m_ix; int m_fA ;

int m_iy; int m_fB ;

} }

從上面兩個類看出隻有資料類型不同，其他的代碼基本上是一樣的。

有了模闆之後，就可以解決上面重複定義幾個相同功能，但是資料類型不同的類的問題。

可以聲明一個通用的類模闆，它可以有一個或多個虛拟的類型參數，如對以上兩個類可以綜合寫出以下的類模闆：

template <class或typename numtype> //聲明一個模闆，虛拟類型名為numtype。

class Compare //類模闆名為Compare

{

   public :

    Compare(numtype a,numtype b)

    {m_x = a; m_y = b;}

    numtype max( )

    {return (m_x > m_y) ? m_x : m_y;}

    numtype min( )

    {return (m_x < m_y) ? m_x : m_y;}

   private :

    numtype m_x, m_y;

};

将此類模闆和前面第一個Compare_int類作一比較，可以發現有兩處不同：

1. 聲明類模闆時要增加一行

      template <class 類型參數名>

2. 原有的類型名int換成虛拟類型參數名numtype。

   在建立類對象時，如果将實際類型指定為int型，編譯系統就會用int取代所有的numtype，如果指定為float型，就用float取代所有的numtype。這樣就能實作“一類多用”。

由于類模闆包含類型參數，是以又稱為參數化的類。如果說類是對象的抽象，對象是類的執行個體，則類模闆是類的抽象，類是類模闆的執行個體。

由于類模闆可以建立各種資料類型的類。在聲明了一個類模闆後，如何通過它建立執行個體。

先回顧一下用具體類來定義對象的方法：

   Compare_int cmp1(4,7); // Compare_int是已聲明的類

用類模闆定義對象的方法與此相似，但是不能直接寫成

   Compare cmp(4,7); // Compare是類模闆名

   Compare是類模闆名，而不是一個具體的類，類模闆體中的類型numtype并不是一個實際的類型，隻是一個虛拟的類型，無法用它去定義對象。

必須用實際類型名去取代虛拟的類型，具體的做法是：

   Compare <int> cmp(4,7);

即在類模闆名之後在尖括号内指定實際的類型名，在進行編譯時，編譯系統就用int取代類模闆中的類型參數numtype，這樣就把類模闆具體化了，或者說執行個體化了。這時Compare<int>就相當于前面介紹的Compare_int類。

還有一個問題要說明： 上面列出的類模闆中的成員函數是在類模闆内定義的。如果改為在類模闆外定義，不能用一般定義類成員函數的形式：

   numtype Compare::max( ) {…} //不能這樣定義類模闆中的成員函數

而應當寫成類模闆的形式：

   template <class numtype>

   numtype Compare<numtype>::max( )

   {{return (x>y)?x:y;}

歸納以上的介紹，可以這樣聲明和使用類模闆：

1. 先寫出一個實際的類。由于其語義明确，含義清楚，一般不會出錯。
2. 将此類中準備改變的類型名(如int要改變為float或char)改用一個自己指定的虛拟類型名(如上例中的numtype)。

3. 在類聲明前面加入一行，格式為

   template <class 虛拟類型參數>，如

   template <class numtype> //注意本行末尾無分号

   class Compare

   {…}; //類體

4. 用類模闆定義對象時用以下形式：

      類模闆名<實際類型名> 對象名;

      類模闆名<實際類型名> 對象名(實參表列);

   如

      Compare<int> cmp;

      Compare<int> cmp(3,7);

5. 如果在類模闆外定義成員函數，應寫成類模闆形式：

      template <class 虛拟類型參數>

      函數類型 類模闆名<虛拟類型參數>::成員函數名(函數形參表列) {…}

關于類模闆的幾點說明：

1. 類模闆的類型參數可以有一個或多個，每個類型前面都必須加class，如

   template <class T1,class T2>

   class someclass

   {…};

   在定義對象時分别代入實際的類型名，如

      someclass<int,double> obj;

2. 和使用類一樣，使用類模闆時要注意其作用域，隻能在其有效作用域内用它定義對象。
3. 模闆可以有層次，一個類模闆可以作為基類，派生出派生模闆類。
4. 模闆類繼承後無法直接調用基類成員,需要使用this->修飾符來通路基類成員

在有些編譯器中類模闆不能分開檔案寫，隻能把定義和具體實作放在同一個檔案中。（因為模闆類在編譯時就相當于宏定義，分兩個檔案是找不到的）

附加：如果模闆函數和函數重載同時使用時，則優先考慮函數重載，再考慮模闆函數，最後考慮類型轉換。