C++类模板详解-编程知识

在学习类模板之前可以了解一下函数模板，可以参考我的另一篇文章C++函数模板详解（结合代码）-CSDN博客
讲解的比较详细，有助于理解类模板。

1、什么是类模板？

2、类模板与函数模板区别

3、类模板对象做函数参数

4、类模板与继承

5、类模板成员函数类外实现

7、类模板分文件编写

8、类模板与友元

1、什么是类模板？

类模板是一种用来生成类定义的模板，其中可以包含一个或多个类型参数。这些类型参数可以在定义类的时候替换为任意类型，从而使得我们能够创建适用于多种数据类型的通用类定义。类模板的定义使用 template<class T> 或 template<typename T> 来声明一个类型参数。
在实际使用时，可以通过指定具体的数据类型来实例化类模板，例如：

ClassName<int> obj1; // 使用 int 类型实例化 ClassName 类模板 
ClassName<double> obj2; // 使用 double 类型实例化 ClassName 类模板

示例：

//类模板
template<class NameType, class AgeType> // 将两个数据类型参数化
class Person
{
public:Person(NameType name, AgeType age){this->mName = name;this->mAge = age;}void showPerson(){cout << "name: " << this->mName << " age: " << this->mAge << endl;}
public:NameType mName;AgeType mAge;
};void test01()
{// 指定NameType 为string类型，AgeType 为 int类型Person<string, int>P1("孙悟空", 999);P1.showPerson();
}int main() {test01();system("pause");return 0;
}

2、类模板与函数模板区别

类模板与函数模板区别主要有两点：

类模板没有自动类型推导的使用方式
类模板使用只能用显示指定类型方式

//类模板
template<class NameType, class AgeType = int> 
class Person
{
public:Person(NameType name, AgeType age){this->mName = name;this->mAge = age;}void showPerson(){cout << "name: " << this->mName << " age: " << this->mAge << endl;}
public:NameType mName;AgeType mAge;
};//1、类模板没有自动类型推导的使用方式
void test01()
{// Person p("孙悟空", 1000); // 错误 类模板使用时候，不可以用自动类型推导Person <string ,int>p("孙悟空", 1000); //必须使用显示指定类型的方式，使用类模板p.showPerson();
}

类模板在模板参数列表中可以有默认参数

//类模板
template<class NameType, class AgeType = int> 
class Person
{
public:Person(NameType name, AgeType age = int) //加了默认值AgeType age = int{this->mName = name;this->mAge = age;}void showPerson(){cout << "name: " << this->mName << " age: " << this->mAge << endl;}
public:NameType mName;AgeType mAge;
};//2、类模板在模板参数列表中可以有默认参数
void test02()
{Person <string> p("猪八戒", 999); //类模板中的模板参数列表 可以指定默认参数p.showPerson();
}int main() {test01();test02();system("pause");return 0;
}

3、类模板对象做函数参数

学习目标：

类模板实例化出的对象，向函数传参的方式

一共有三种传入方式：

指定传入的类型 --- 直接显示对象的数据类型

//类模板
template<class NameType, class AgeType = int> 
class Person
{
public:Person(NameType name, AgeType age){this->mName = name;this->mAge = age;}void showPerson(){cout << "name: " << this->mName << " age: " << this->mAge << endl;}
public:NameType mName;AgeType mAge;
};//1、指定传入的类型
void printPerson1(Person<string, int> &p) // 区别主要看这里
{p.showPerson();
}
void test01()
{Person <string, int >p("孙悟空", 100);printPerson1(p);
}

在这种方法中，函数 printPerson1 明确指定了 Person 类模板对象的具体类型作为参数。这种方式最直接，适用于已经知道类模板对象具体类型的情况。

参数模板化 --- 将对象中的参数变为模板进行传递

//2、参数模板化
template <class T1, class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2>&p) // 区别主要看这里
{p.showPerson();cout << "T1的类型为： " << typeid(T1).name() << endl;cout << "T2的类型为： " << typeid(T2).name() << endl;
}
void test02()
{Person <string, int >p("猪八戒", 90);printPerson2(p);
}int main() {Person<string, int> p1("猪八戒", 90);printPerson1(p1); // 指定类型方式调用printPerson2(p1); // 参数模板化方式调用Person<int, double> p2(100, 25.5);// printPerson1(p2); // 错误，不能接受不同类型的类模板对象printPerson2(p2); // 参数模板化方式可以接受不同类型的类模板对象return 0;
}

函数使用了模板参数，因此可以接受任意类型的类模板对象作为参数，而不需要事先知道具体的类型。

整个类模板化 --- 将这个对象类型模板化进行传递
```
//3、整个类模板化
template<class T>
void printPerson3(T & p) // 区别主要看这里
{cout << "T的类型为： " << typeid(T).name() << endl;p.showPerson();}
void test03()
{Person <string, int >p("唐僧", 30);printPerson3(p);
}
```
在这种方法中，函数 printPerson3 使用了模板参数 T，这使得函数能够处理任意类型的类模板对象。这种方式最通用，适用于处理任意类型的类模板对象的情况。

4、类模板与继承

当类模板碰到继承时，需要注意以下几点：

当子类继承的父类是一个类模板时，子类在声明时必须指定父类模板中的类型。如果不指定类型，编译器无法确定父类模板中的类型，也无法为子类分配内存。
如果想灵活指定出父类中T的类型，子类也需变为类模板

template<class T>
class Base
{T m;
};//class Son:public Base  //错误，c++编译需要给子类分配内存，必须知道父类中T的类型才可以向下继承
class Son :public Base<int> //必须指定一个类型
{
};
void test01()
{Son c;
}//类模板继承类模板 ,可以用T2指定父类中的T类型
template<class T1, class T2>
class Son2 :public Base<T2>
{
public:Son2(){cout << typeid(T1).name() << endl;cout << typeid(T2).name() << endl;}
};void test02()
{Son2<int, char> child1; // 指定子类类模板的数据类型参数
}int main() {test01();test02();system("pause");return 0;
}

输出如下：

总而言之就是一句话：如果父类是类模板，子类需要指定出父类中T的数据类型。

5、类模板成员函数类外实现

//类模板中成员函数类外实现
template<class T1, class T2>
class Person {
public://成员函数类内声明Person(T1 name, T2 age); // 构造函数的声明void showPerson(); // 成员函数的声明public:T1 m_Name;T2 m_Age;
};//构造函数 类外实现
// template<class T1, class T2> 声明了一个类模板 Person，它接受两个类型参数 T1 和 T2。
// 这意味着在使用 Person 类模板时，需要提供两个类型作为参数。
template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age) {this->m_Name = name;this->m_Age = age;
}//成员函数 类外实现
template<class T1, class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson() {cout << "姓名: " << this->m_Name << " 年龄:" << this->m_Age << endl;
}void test01()
{Person<string, int> p("Tom", 20);p.showPerson();
}int main() {test01();system("pause");return 0;
}

总的来说，类模板的成员函数类外部的定义需要遵循以下步骤：

使用 template<class T1, class T2> 声明模板参数。
使用 Person<T1, T2>:: 指明这是属于 Person 类模板的成员函数。
编写函数名和参数列表。
编写函数体。

7、类模板分文件编写

问题：

类模板中成员函数创建时机是在调用阶段（类模板中的成员函数实际上是在模板实例化的过程中才被创建的，而不是在类模板定义的时候被创建），导致分文件编写时链接不到。

解决：

解决方式1：直接包含.cpp源文件
解决方式2：将声明和实现写到同一个文件中，并更改后缀名为.hpp，（.hpp 文件是一种约定俗成的命名，用于表示头文件中包含了类模板的声明和实现），并不是强制

示例：

person.hpp中代码：

#pragma once
#include <iostream>
using namespace std;
#include <string>template<class T1, class T2>
class Person {
public:Person(T1 name, T2 age);void showPerson();
public:T1 m_Name;T2 m_Age;
};//构造函数 类外实现
template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age) {this->m_Name = name;this->m_Age = age;
}//成员函数 类外实现
template<class T1, class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson() {cout << "姓名: " << this->m_Name << " 年龄:" << this->m_Age << endl;
}

在主程序中包含类模板的 .cpp 源文件可以确保类模板的成员函数在使用时被编译，从而解决链接问题。这种方法简单直接，但不够优雅，且不符合通常的代码组织规范，因为 .cpp 文件通常是用于实现定义的，而不是被包含的。

类模板分文件编写.cpp中代码

#include<iostream>
using namespace std;//#include "person.h"
#include "person.cpp" //解决方式1，包含cpp源文件//解决方式2，将声明和实现写到一起，文件后缀名改为.hpp
#include "person.hpp"
void test01()
{Person<string, int> p("Tom", 10);p.showPerson();
}int main() {test01();system("pause");return 0;
}

主流的解决方式是第二种，将类模板成员函数写到一起，并将后缀名改为.hpp。

8、类模板与友元

友元函数是可以访问类的私有成员的非成员函数。
通常有两种方式实现：

全局函数类内实现 - 直接在类内声明友元即可。
全局函数类外实现 - 需要提前让编译器知道全局函数的存在。

//2、全局函数配合友元  类外实现 - 先做函数模板声明，下面这行代码是一个类模板 Person 的前置声明，
//它的作用是在后面声明的全局函数模板中使用 Person 类模板作为参数。在这段代码中，Person 类模板被声明为一个模板类，
//但是没有给出具体的定义，只是告诉编译器，后面会有一个叫做 Person 的模板类。
//这样做是为了使编译器在后面的代码中能够识别 Person 类模板。
template<class T1, class T2> class Person;//如果声明了函数模板，可以将实现写到后面，否则需要将实现体写到类的前面让编译器提前看到
//template<class T1, class T2> 
//void printPerson2(Person<T1, T2> & p); template<class T1, class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2> & p)
{cout << "类外实现 ---- 姓名： " << p.m_Name << " 年龄：" << p.m_Age << endl;
}template<class T1, class T2>
class Person
{//1、全局函数配合友元   类内实现friend void printPerson(Person<T1, T2> & p){cout << "姓名： " << p.m_Name << " 年龄：" << p.m_Age << endl;}//全局函数配合友元  类外实现friend void printPerson2<>(Person<T1, T2> & p);public:Person(T1 name, T2 age){this->m_Name = name;this->m_Age = age;}private:T1 m_Name;T2 m_Age;};//1、全局函数在类内实现
void test01()
{Person <string, int >p("Tom", 20);printPerson(p);
}//2、全局函数在类外实现
void test02()
{Person <string, int >p("Jerry", 30);printPerson2(p);
}int main() {//test01();test02();system("pause");return 0;
}

建议全局函数做类内实现，用法简单，而且编译器可以直接识别

后续还会添加类模板的案例。