• 【C++】C++中的类模板


    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,需要注意以下两点:

    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。正常。

    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类的内部,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;
    }

    原文链接:https://www.jianshu.com/p/70ca94872418

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