引言

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🔔 上一篇：【034】C++泛型编程（模板）之类模板详解（最全讲解）

一、类模板的概述

C++ 类模板是一种用于创建通用类的机制，它可以让程序员编写一次类，然后让它适用于多种类型，在实际编程中非常实用。

类模板和函数模板的定义和使用类似。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，类模板用于实现类所需数据的类型参数化。

类模板的定义方式类似于普通类的定义，只是需要在类名后面添加一对尖括号，其中包含类型参数列表。

设计一个数组类模板，可以存放任意数据类型。

二、实现数组类模板

类模板一般在hpp文件里面实现。由于数组类模板要存放任何数据类型，所以先定义一个模板类型T。
Data.hpp

#pragma once
#ifndef _DATA_H_
#include <string.h>
#include <iostream>
using namespace std;// 类模板
template <class T>
class MyArray {template<class T1>friend ostream& operator<<(ostream &out, MyArray<T1> ob);
private:T *arr;//数组首地址int size;//实际大小int capacity;//总容量大小。
public:MyArray();MyArray(int capacity);MyArray(const MyArray &ob);~MyArray();MyArray& operator=(MyArray &ob);void pushBack(T elem);//插入元素void sortArrary();//排序};#endif // !_DATA_H_template<class T>
MyArray<T>::MyArray()
{capacity = 5;size = 0;arr = new T[capacity];memset(arr, 0, sizeof(T)*capacity);
}template<class T>
MyArray<T>::MyArray(int capacity)
{this->capacity = capacity;size = 0;arr = new T[capacity];memset(arr, 0, sizeof(T)*capacity);
}template<class T>
MyArray<T>::MyArray(const MyArray & ob)
{this->capacity = ob.capacity;this->size = ob.size;this->arr = new T[this->capacity];memset(this->arr, 0, sizeof(T)*this->capacity);memcpy(this->arr, ob.arr, sizeof(T)*this->capacity);
}template<class T>
MyArray<T>::~MyArray()
{if (arr != NULL){delete[] arr;arr = NULL;}
}template<class T>
MyArray<T> & MyArray<T>::operator=(MyArray<T> & ob)
{// 判断 this->arr是否存在空间if (arr != NULL){delete[] arr;arr = NULL;}// TODO: 在此处插入 return 语句this->capacity = ob.capacity;this->size = ob.size;this->arr = new T[this->capacity];memset(this->arr, 0, sizeof(T)*this->capacity);memcpy(this->arr, ob.arr, sizeof(T)*this->capacity);return *this;
}template<class T>
void MyArray<T>::pushBack(T elem)
{// 判断容器是否满if (size == capacity){// 扩容capacity = 2 * capacity;// 申请临时空间T *tmp = new T[capacity];if (arr != NULL){// 将旧空间数据拷贝到新空间memcpy(tmp, arr, sizeof(T)*size);// 释放旧空间delete[] arr;}// arr指向新空间arr = tmp;}arr[size] = elem;size++;
}template<class T>
void MyArray<T>::sortArrary()
{if (size == 0){cout << "容器没有数据" << endl;return;}// 冒泡排序for (int i = 0; i < size - 1; i++){for (int j = 0; j < size - i - 1; j++){if (arr[j] > arr[j + 1]){T tmp = arr[j];arr[j] = arr[j + 1];arr[j + 1] = tmp;}}}
}template<class T1>
ostream& operator<<(ostream &out, MyArray<T1> ob)
{for (int i = 0; i < ob.size; i++){out << ob.arr[i] << " ";}out << endl;return out;
}

main.cpp

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;class Person {// 重载<<运算符friend ostream& operator<<(ostream &out, Person ob);
private:int num;string name;float score;
public:// 必须要有无参构造Person(){}Person(int num, string name, float score){this->num = num;this->name = name;this->score = score;}// 重载>运算符才能正确比较bool operator>(Person &ob){return num > ob.num;}
};ostream& operator<<(ostream &out,Person ob)
{out << ob.num << " " << ob.name << " " << ob.score << endl;return out;
}#include "Data.hpp"
int main()
{// 类模板实例化对象MyArray<int> arr01;arr01.pushBack(20);arr01.pushBack(60);arr01.pushBack(40);cout << arr01 << endl;arr01.sortArrary();cout << arr01 << endl;MyArray<char> arr02;arr02.pushBack('A');arr02.pushBack('H');arr02.pushBack('D');cout << arr02 << endl;arr02.sortArrary();cout << arr02 << endl;// 对象的存储MyArray<Person> person;person.pushBack(Person(102,"hello",92.30f));person.pushBack(Person(108, "world", 95.30f));person.pushBack(Person(103, "lests", 98.30f));person.sortArrary();cout << person << endl;return 0;
}

三、类模板的继承

3.1、类模板派生出普通类

在类模板派生处具体化为普通类。

示例：

#include <iostream>
using namespace std;template<class T1,class T2>
class Base {
private:T1 a;T2 b;
public:Base() {}Base(T1 a, T2 b);void showData();
};template<class T1, class T2>
Base<T1, T2>::Base(T1 a, T2 b)
{this->a = a;this->b = b;
}template<class T1, class T2>
void Base<T1, T2>::showData()
{cout << a << " " << b << endl;
}// 在类模板派生处具体化为普通类
class Son :public Base<int, char> {
public:int c;
public:Son(int a, char b, int c) :Base<int, char>(a, b) {this->c = c;}
};int main()
{Son ob(100, 'A', 200);ob.showData();return 0;
}

3.2、类模板派生出类模板

抽象化类型。

示例：

#include <iostream>
using namespace std;template<class T1,class T2>
class Base {
private:T1 a;T2 b;
public:Base() {}Base(T1 a, T2 b);void showData();
};template<class T1, class T2>
Base<T1, T2>::Base(T1 a, T2 b)
{this->a = a;this->b = b;
}template<class T1, class T2>
void Base<T1, T2>::showData()
{cout << a << " " << b << endl;
}// 在类模板派生类模板
template<class T1, class T2，class T3>
class Son :public Base<T1, T2> {
public:T3 c;
public:Son(T1 a, T2 b, T3 c) :Base<T1, T2>(a, b) {this->c = c;}
};int main()
{Son ob(100, 'A', 200);ob.showData();return 0;
}

总结

C++ 的标准库中提供了 std::vector 容器，它是一个动态数组，能够在运行时根据需要动态调整大小。如果想要实现一个类似于 std::vector 的容器，需要考虑以下几个要点：

动态内存管理：类似于 std::vector，你需要使用动态内存分配来管理存储元素的内存。可以使用 new 和 delete 或者 malloc 和 free 等来实现。
大小和容量管理：你的容器应该具有类似于 std::vector 的 size() 和 capacity() 方法，用于获取当前存储元素的数量和容器的容量。当容量不足时，需要进行内存重新分配来扩大容量。
元素访问和操作：你的容器应该提供类似于 std::vector 的 push_back()、pop_back()、at()、front()、back() 等方法来访问和操作容器中的元素。还需要实现类似于 std::vector 的迭代器来遍历容器。
内存管理和异常安全：你需要确保容器在内存管理和异常安全方面与 std::vector 一致。例如，在内存重新分配时，需要正确地处理内存释放和重新分配，以及在发生异常时确保容器的状态不会被破坏。
复制和移动语义：你的容器应该具有正确的复制和移动语义，包括拷贝构造函数、拷贝赋值运算符、移动构造函数和移动赋值运算符等。
内存回收：当容器不再需要时，需要正确地释放内存，避免内存泄漏。可以在容器的析构函数中进行内存释放。

总结起来，实现一个类似于 std::vector 的容器需要考虑动态内存管理、大小和容量管理、元素访问和操作、内存管理和异常安全、复制和移动语义以及内存回收等方面。这涉及到动态内存分配、指针和引用、构造函数和析构函数、运算符重载等 C++ 的一些基本概念和技术。在实际编程中，可以参考 std::vector 的实现和相关的 C++ 标准库文档来更深入地了解和实现类似的容器。

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