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C++学习之模板 (二) -----类模板

2014-09-30 09:45 204 查看
由于将函数和类模板放在一块篇幅较大,我们今天将其拆分为两篇博文。

上篇博文我们讨论了函数模板的简单应用,本篇我们继续讨论模板的另一板块--类模板。

1)、作用:类模板类似于代码产生器,根据用户输入的类型不同,产生不同的class;

2)、编译:

a):检查模板class 的自身语法;

b):根据用户指定的类型 如 vector<string>,去实例化一个模板类。

注意: 不是实例化所以的代码,而仅仅实例化用户调用的部分;

类模板:简单实现如下;

1 #include <iostream>
2 #include <string>
3 #include <vector>
4 using namespace std;
5
6 template <typename T>
7 class Test
8 {
9     public:
10         Test(const T &s);
11         void print()const;
12
13     private:
14         T data_;
15 };
16
17 template <typename T>//若在类内部,则不必加Test<T>
18 Test<T>::Test(const T &s)
19     :data_(s)
20 { }
21
22 template <typename T>
23 void Test<T>::print()const
24 {
25     cout << data_ << endl;
26 }
27
28 int main(int argc, const char *argv[])
29 {
30     Test<int> t(12) ; // 比较vector<int> vec
31     t.print();
32
33     Test<string> t2("world");
34     t2.print();
35
36     return 0;
37 }


注意:STL库中,vector就是一个典型的类模板,vector<int>和vector<string>是两个完全不同的类,同样,vector 不是一个完整的类名,完整的类名如 vector<int> vec;vector必须具备 copy和assignment能力;

1 #include <iostream>
2 #include <string>
3 #include <vector>
4 using namespace std;
5
6 //class with no copy, no assignment
7 class Test
8 {
9     public:
10         Test() {};
11         ~Test() {};
12
13     private:
14         Test(const Test &);
15         void operator=(const Test &);
16 };
17
18 int main(int argc, const char *argv[])
19 {
20     vector<Test> vec; //运行此句时,没有产生错误
21     Test t;
22
23     vec.push_back(t);//此句产生错误。vector必须具备 copy和assignment 能力
24     return 0;
25 }


2):下面我们用stack栈的简单实现来说明类模板的一些问题;

1 //Stack.hpp
2 #ifndef STACK_H_
3 #define STACK_H_
4
5 #include <vector>
6 #include <stdexcept>
7
8 template <typename T>
9 class Stack
10 {
11     public:
12         void push(const T &t);
13         void pop();//出栈
14         T top()const; //查看栈顶
15         bool empty()const
16         { return elems_.empty(); }
17
18     private:
19         std::vector<T> elems_;
20 };
21
22 template <typename T>
23 void Stack<T>::push(const T &t)//将t放入vector中
24 {
25     elems_.push_back(t);
26 }
27
28 template <typename T>
29 void Stack<T>::pop()
30 {
31     if(! elems_.empty())
32         elems_.pop_back();
33     else
34         throw std::out_of_range("out of range");
35 }
36
37 template <typename T>
38 T Stack<T>::top()const
39 {
40     if(! elems_.empty())
41         return elems_.back();
42     else
43         throw std::out_of_range("out of range");
44 }
45 #endif


main.cpp

1 //main.cpp
2 #include "Stack.hpp"
3 #include <iostream>
4 #include <string>
5 #include <vector>
6 using namespace std;
7
8 int main(int argc, const char *argv[])
9 {
10     try
11     {
12         Stack<int> st;
13         st.push(7);
14         cout << st.top() << endl;
15
16         st.pop();
17         st.pop(); //throw
18     }
19     catch(exception &e)
20     {
21         cout << e.what()<< endl;
22     }
23     return 0;
24 }


注意以上我们将Stack 的声明与定义放在同一个文件中,原因是:将Stack 拆分成 h 和cpp 文件,构建时产生了链接错误;

a):模板的调用时机和代码的实例化必须放在同一时期;

b):编译stack.cpp时,编译器找不到任何用户调用的代码,所以得到的 stack.o 文件为空, 使用 nm -A stack.o | grep (函数)

c): 编译main.cpp时,编译器获取用户的调用,了解到应该去实例化 特定部分 代码 ,但是main.cpp中仅包含 .h 文件,编译器只能找到 模板的某些函数的声明,找不到其定义及实现。 所以推迟到 链接时期;

d);链接时期,由于 stack.o 文件为空,需要链接的代码没有产生。。

3);模板的特化:

1 //模板的特例化
2 #include "Stack.hpp"
3 #include <iostream>
4 #include <deque>
5 using namespace std;
6
7 template <> //模板特化
8 class Stack<string>
9 {
10     public:
11         void push(const string &s)
12         {
13             elems_.push_back(s);
14         }
15
16         void pop()
17         {
18             elems_.pop_back();
19         }
20         string top()const
21         {
22             return elems_.back();
23         }
24         bool empty()const
25         {
26             return elems_.empty();
27         }
28     private:
29         std::deque<string>  elems_;
30 };
31
32 int main(int argc, const char *argv[])
33 {
34     try
35     {
36         Stack<string> st;
37         st.push("hello");
38     }
39     catch(exception &e)
40     {
41         cout << e.what() << endl;
42     }
43
44     return 0;
45 }


4):模板参数不仅可以为 类型, 而且可以为非类型(数值),需要注意的是,数值也是类名的一部分,例如 Stack<int, 5 > 和 Stack<int , 10> 不是同一类型。因此,二者的对象无法相互赋值。

缺省的模板参数:

Stack.hpp

//Stack.hpp
#ifndef STACK_H_
#define STACK_H_

#include <vector>
#include <stdexcept>

//缺省的模板参数
template <typename T, typename CONT = std::vector<T> >
class Stack
{
public:
void push(const T &t);
void pop();//出栈
T top()const; //查看栈顶
bool empty()const
{ return elems_.empty(); }

private:
CONT elems_;
};

template <typename T,typename CONT>
void Stack<T,CONT>::push(const T &t)//将t放入vector中
{
elems_.push_back(t);
}

template <typename T,typename CONT >
void Stack<T,CONT>::pop()
{
if(! elems_.empty())
elems_.pop_back();
else
throw std::out_of_range("out of range");
}
template <typename T,typename CONT>
T Stack<T,CONT>::top()const
{
if(! elems_.empty())
return elems_.back();
else
throw std::out_of_range("out of range");
}
#endif


main.cpp

1 #include "Stack.hpp"
2 #include <iostream>
3 #include <deque>
4 using namespace std;
5
6 int main(int argc, const char *argv[])
7 {
8     try
9     {
10         Stack<int> st;
11         st.push(7);
12         cout << st.top() << endl;
13         st.pop();
14
15         Stack<string, deque<string> > st2;
16         st2.push("hello");
17         st2.push("world");
18
19         while(!st2.empty())
20         {
21             cout << st2.top() << endl;
22             st2.pop();
23         }
24     }
25     catch(exception &e)
26     {
27         cout << e.what()<< endl;
28     }
29     return 0;
30 }


------------

非类型模板实现如下:

Stack.hpp

1 #ifndef STACK_H_
2 #define STACK_H_
3
4 #include <vector>
5 #include <stdexcept>
6
7 //非类型模板形参--->此处int
8 template <typename T, int MAXSIZE>
9 class Stack
10 {
11     public:
12         Stack();
13         void push(const T &t);
14         void pop();//出栈
15         T top()const; //查看栈顶
16
17         bool empty()const
18         { return numElems_ == 0; }
19         bool full()const
20         { return numElems_ ==MAXSIZE; }
21
22     private:
23         T elems_[MAXSIZE];
24         int numElems_;//当前元素数量
25 };
26
27 template <typename T, int MAXSIZE >
28 Stack<T,MAXSIZE>::Stack()
29     :numElems_(0)
30 {
31
32 }
33 template <typename T, int MAXSIZE >
34 void Stack<T,MAXSIZE>::push(const T &elem)//将t放入vector中
35 {
36     if(full())//成员函数的调用
37         throw std::runtime_error("full");
38     elems_[numElems_++] =elem ;
39 }
40
41 template <typename T, int MAXSIZE >
42 void Stack<T,MAXSIZE>::pop()
43 {
44     if(!empty())
45         --numElems_;//数据还存在
46     else
47         throw std::out_of_range("out of range");
48 }
49
50 template <typename T, int MAXSIZE >
51 T Stack<T,MAXSIZE>::top()const
52 {
53     return elems_[numElems_ -1];
54 }
55 #endif


main.cpp:

1 #include "Stack.hpp"
2 #include <iostream>
3 #include <deque>
4 using namespace std;
5
6 int main(int argc, const char *argv[])
7 {
8     try
9     {
10         Stack<int, 5> st;
11         st.push(14);
12         st.push(34);
13         st.push(45);
14         st.push(9);
15
16         cout << st.empty()<< endl;
17
18         Stack<int, 10> st2; // st 与  st2 类型不同
19     }
20     catch(exception &e)
21     {
22         cout << e.what()<< endl;
23     }
24     return 0;
25 }
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