2、类模板

2.1 类模板语法

建立一个通用类，类中的成员、数据类型可以不具体制定，用一个虚拟的类型来代表。

template<typename T>
// 类

• template：声明创建模板
• typename：表名其后面的符号是一种数据类型，可以用 class 代替
• T：通用的数据类型，名称可以替换，通常为大写字母

#include <iostream>
using namespace std;
// 类模板
template<class NameType, class AgeType>
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;
    AgeTyep 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;
}

总结：

• 类模板和函数模板语法类似，在声明模板 template 后面加类，此类称为类模板

2.2 类模板和函数模板的区别

• 类模板没有自动类型推导的使用方式
• 类模板在模板参数列表中可以有默认参数

#include <iostream>
using namespace std;
// 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
//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();
}

//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，库指定默认参数
    p.showPerson();
}

int main() {
    test01();
    test02();
    system("pause");
    return 0;
}

总结：

• 类模板使用只能用显示指定类型方式
• 类模板中的模板参数列表可以有默认参数

2.3 类模板中成员函数创建时机

类模板中成员函数和普通类中成员函数创建时机是有区别的：

• 普通类中的成员函数一开始就可以创建
• 类模板中的成员函数在调用时才创建

#include <iostream>
using namespace std;
class Person1 {
    public:
    void showPerson1() {
        cout << "Person1 show" << endl;
    }
};
class Person2 {
    public:
    void showPerson2() {
        cout << "Person2 show" << endl;
    }
};

template<class T>
    class MyClass {
        public:
        T obj;
        // 类模板中的成员函数，并不是一开始就创建的，而是在模板调用时再生成
        void fun1() { obj.showPerson1(); }
        void fun2() { obj.showPerson2(); }
    };
void test01()
{
    MyClass<Person1> m;
    m.fun1();
    // m.fun2();		// 编译会出错，说明函数调用才会去创建成员函数
}
int main() {
    test01();
    system("pause");
    return 0;
}

总结：

• 类模板中的成员函数并不是一开始就创建的，在调用时才去创建

2.4 类模板对象做函数参数

• 类模板实例化出的对象，向函数传参的方式

共三种传入方式：

1. 指定传入的类型：直接显示对象的数据类型
2. 参数模板化：将对象中的参数变为模板进行传递
3. 整个类模板化：将这个对象类型模板化进行传递

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

// 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、类模板对象作为函数参数，方式一：指定传入的类型
void printPerson1(Person<string, int>& p) {
	p.showPerson();
}
void test01() {
	Person<string, int>p("孙悟空", 100);
	printPerson1(p);
}

// 2、参数模板化
template<class T1, class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2>& p) {
	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);
}

// 3、整个类模板化
template<class T>
void printPerson3(T& p) {
	cout << "T的类型为： " << typeid(T).name() << endl;
	p.showPerson();
}
void test03() {
	Person<string, int>p("唐僧", 30);
	printPerson3(p);
}

int main() {
	test01();
	test02();
	test03();

	system("pause");
	return 0;
}

总结：

• 通过类模板创建的对象，可以有三种方式向函数中进行传参
• 使用比较广泛的是第一种：指定传入的类型

2.5 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，子类在声明的时候，要指定出父类中 T 的类型
• 如果不指定，编译器无法给子类分配内存
• 如果想灵活指定出父类中T的类型，子类也需变为类模板

2.6 类模板成员函数类外实现

#include <iostream>
using namespace std;

// 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);
	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;
}

void test01() {
	Person<string, int>p("Tom", 20);
	p.showPerson();
}
int main() {
	test01();
	system("pause");
	return 0;
}

总结：

• 类模板中成员函数类外实现时，需要加上模板参数列表

2.7 类模板和友元

• 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

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

// 2、全局函数配合友元 类外实现：先做函数模板声明，下方在做函数模板定义，在做友元
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>
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);
}

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;
}

int main() {
	test01();
	test02();
	system("pause");
	return 0;
}

总结：

• 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

2.8 类模板案例

案例描述：实现一个通用的数组类，要求如下：

• 可以对内置数据类型以及自定义数据类型的数据进行存储
• 将数组中的数据存储到堆区
• 构造函数中可以传入数组的容量
• 提供对应的拷贝构造函数以及operator=防止浅拷贝问题
• 提供尾插法和尾删法对数组中的数据进行增加和删除
• 可以通过下标的方式访问数组中的元素
• 可以获取数组中当前元素个数和数组的容量

myArray.hpp文件

#pragma
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

template<class T>
class MyArray {
public:
	// 构造函数
	MyArray(int capatity) {
		this->m_Capacity = capatity;
		this->m_Size = 0;
		pAddress = new T[this->m_Capacity];
	}
	// 拷贝函数
	MyArray(const MyArray& arr) {
		this->m_Capacity = arr.m_Capacity;
		this->m_Size = arr.m_Size;
		this->pAddress = new T[this->m_Capacity];
		for (int i = 0; i < this->m_Size; ++i) {
			// 如果T为对象，而且还包含指针，必须需要重载 = 操作符，因为这个等号不是构造 而是赋值，
			// 普通类型可以直接 = 但是指针类型需要深拷贝
			this->pAddress[i] = arr.pAddress[i];
		}
	}
	// 重载 = 操作符 防止浅拷贝问题
	MyArray& operator=(const MyArray& myarray) {
		if (this->pAddress != nullptr) {
			delete[] this->pAddress;
			this->m_Capacity = 0;
			this->m_Size = 0;
		}

		this->m_Capacity = myarray.m_Capacity;
		this->m_Size = myarray.m_Size;
		this->pAddress = new T[this->m_Capacity];
		for (int i = 0; i < this->m_Size; ++i) {
			this->pAddress[i] = myarray[i];
		}
		return *this;
	}
	// 重载 [] 操作符 arr[0]
	T& operator[](int index) {
		return this->pAddress[index];//不考虑越界，用户自己去处理
	}
	
	// 尾插法
	void push_back(const T& val) {
		if (this->m_Capacity == this->m_Size) {
			return;
		}
		this->pAddress[this->m_Size] = val;
		this->m_Size++;
	}

	// 尾删法
	void pop_back() {
		if (this->m_Size == 0) {
			return;
		}
		this->m_Size--;
	}

	//获取数组容量
	int getCapacity() {
		return this->m_Capacity;
	}

	// 获取数组大小
	int getSize() {
		return this->m_Size;
	}

	~MyArray() {
		if (this->pAddress != nullptr) {
			delete[] this->pAddress;
			this->pAddress = nullptr;
			this->m_Capacity = 0;
			this->m_Size = 0;
		}
	}
private:
	T* pAddress;	// 指向一个堆空间，这个空间存储真正的数据
	int m_Capacity; // 容量
	int m_Size;		// 大小
};

myArray.cpp文件

#include "myArray.hpp"

void printIntArray(MyArray<int>& arr) {
	for (int i = 0; i < arr.getSize(); ++i) {
		cout << arr[i] << " ";
	}
	cout << endl;
}

// 测试内置数据类型
void test01() {
	MyArray<int> array1(10);
	for (int i = 0; i < 10; ++i) {
		array1.push_back(i);
	}
	cout << "array1打印输出：" << endl;
	printIntArray(array1);
	cout << "array1的大小：" << array1.getSize() << endl;
	cout << "array1的容量：" << array1.getCapacity() << endl;
	cout <<-----------------------------------" << endl;

	MyArray<int> array2(array1);
	array2.pop_back();
	cout << "array2打印输出：" << endl;
	printIntArray(array2);
	cout << "array2的大小：" << array2.getSize() << endl;
	cout << "array2的容量：" << array2.getCapacity() << endl;
}

// 测试自定义数据类型
class Person {
public:
	Person() {}
	Person(string name, int age) {
		this->m_Name = name;
		this->m_Age = age;
	}

public:
	string m_Name;
	int m_Age;
};
void printPersonArray(MyArray<Person>& personArr) {
	for (int i = 0; i < personArr.getSize(); ++i) {
		cout << "姓名：" << personArr[i].m_Name << " 年龄：" << personArr[i].m_Age << endl;
	}
}

void test02() {
	// 创建数组
	MyArray<Person>pArray(10);
	Person p1("孙悟空", 999);
	Person p2("韩信", 20);
	Person p3("妲己", 18);
	Person p4("王昭君", 15);
	Person p5("赵云", 24);
	// 插入数据
	pArray.push_back(p1);
	pArray.push_back(p2);
	pArray.push_back(p3);
	pArray.push_back(p4);
	pArray.push_back(p5);
	printPersonArray(pArray);

	cout << "pArray的大小：" << pArray.getSize() << endl;
	cout << "pArray的容量：" << pArray.getCapacity() << endl;
}

int main() {
	test01();
	test02();

	system("pause");
	return 0;
}