什么是C++的函數模板與類模板

這篇文章運用簡單易懂的例子給大家介紹什么是C++的函數模板與類模板，代碼非常詳細，感興趣的小伙伴們可以參考借鑒，希望對大家能有所幫助。

一、函數模板

1、定義

  template <class 類型參數1，class 類型參數2,……>
  返回值類型 模板名 (形參表){
         函數體
  };

template <class T1, class T2>
T2 print(T1 arg1, T2 arg2)
{
    cout<< arg1 << " "<< arg2<<endl;
    return arg2;
}

2、不通過參數實例化函數模板

#include <iostream>
using namespace std;
template <class T>
T Inc(T n){
    return 1 + n;
}
int main(){
    cout << Inc<double>(4)/2; //輸出 2.5
    return 0;
}

3、函數模板可以重載，只要它們的形參表或類型參數表不同即可

template<class T1, class T2>
void print(T1 arg1, T2 arg2) {
    cout<< arg1 << " "<< arg2<<endl;
}
template<class T>
void print(T arg1, T arg2) {
    cout<< arg1 << " "<< arg2<<endl;
}
template<class T,class T2>
void print(T arg1, T arg2) {
    cout<< arg1 << " "<< arg2<<endl;
}

4、函數模板和函數的次序

在有多個函數和函數模板名字相同的情況下，編譯器如下處理一條函數調用語句

• 先找參數完全匹配的普通函數(非由模板實例化而得的函數)。

• 再找參數完全匹配的模板函數。

• 再找實參數經過自動類型轉換后能夠匹配的普通函數。

• 上面的都找不到，則報錯。

template <class T>
T Max( T a, T b) {
    cout << "TemplateMax" <<endl; return 0;
}
template <class T,class T2>
T Max( T a, T2 b) {
    cout << "TemplateMax2" <<endl; return 0;
}
double Max(double a, double b){
    cout << "MyMax" << endl; return 0;
}
int main() {
    Max( 1.2,3.4);     // 輸出MyMax
    Max(4, 5);         //輸出TemplateMax
    Max( 1.2, 3);      //輸出TemplateMax2
    return 0;
}

5、匹配模板函數時，不進行類型自動轉換

template<class T>
T myFunction( T arg1, T arg2)
{ cout<<arg1<<" "<<arg2<<"\n"; return arg1;}
……
myFunction( 5, 7);      //ok ：replace T with int
myFunction( 5.8, 8.4);  //ok： ： replace T with double
myFunction( 5, 8.4);    //error ，no matching function for callto 'myFunction(int, double)'

二、類模板

1、定義

在定義類的時候，加上一個/多個類型參數。在使用類模板時，指定類型參數應該如何替換成具體類型，編譯器據此生成相應的模板類。

   template <class 類型參數1，class 類型參數2，……> //類型參數表
   class 類模板名{
          成員函數和成員變量
   };

（1）類模板里成員函數的寫法：
       template <class 類型參數1，class 類型參數2，……> //類型參數表
       返回值類型 類模板名<類型參數名列表>::成員函數名（參數表）{
            ……
       }
（2）用類模板定義對象的寫法：
        類模板名 <真實類型參數表> 對象名(構造函數實參表);

// Pair類模板
template <class T1,class T2>
class Pair{
public:
    T1 key; //關鍵字
    T2 value; //值
    Pair(T1 k,T2 v):key(k),value(v) { };
    bool operator < ( const Pair<T1,T2> & p) const;
};
template<class T1,class T2>
bool Pair<T1,T2>::operator < ( const Pair<T1,T2> & p) const{  //Pair的成員函數 operator <
    return key < p.key;
}
int main(){
    Pair<string,int> student("Tom",19);   //實例化出一個類 Pair<string,int>
    cout << student.key << " " << student.value;
    return 0;
}
//輸出：
Tom 19

2、用類模板定義對象

• 編譯器由類模板生成類的過程叫類模板的實例化。由類模板實例化得到的類，叫模板類。

• 同一個類模板的兩個模板類是不兼容的。

3、函數模版作為類模板成員

template <class T>
class A{
    public:
        template<class T2>
        void Func( T2 t) { cout << t; } //成員函數模板
};

4、類模板與非類型參數：類模板的“<類型參數表>”中可以出現非類型參數

template <class T, int size>
class CArray{
    T array[size];
public:
    void Print(){
        for( int i = 0;i < size; ++i)
        cout << array[i] << endl;
    }
};
CArray<double,40> a2;
CArray<int,50> a3;     //a2和a3屬于不同的類

5、類模板與派生

（1）類模板從類模板派生

template <class T1,class T2>              int main() {
class A {                                        B<int,double> obj1;
    T1 v1; T2 v2;                                C<int> obj2;
};                                               return 0;
template <class T1,class T2>              }
class B:public A<T2,T1> {                 class B<int,double>:
    T1 v3; T2 v4;                             public A<double,int>{
};                                            int v3; double v4;
template <class T>                        };
class C:public B<T,T> {
    T v5;
};

（2）類模板從模板類派生

template <class T1,class T2>
class A {
    T1 v1; T2 v2;
};
template <class T>
class B:public A<int,double> {
    T v;
};
int main() {
    B<char> obj1;     //自動生成兩個模板類 ：A<int,double> 和 B<char>
    return 0;
}

（3）類模板從普通類派生

class A {
    int v1;
};
template <class T>
    class B:public A { //所有從B實例化得到的類 ，都以A為基類
    T v;
};
int main() {
    B<char> obj1;
    return 0;
}

（4）普通類從模板類派生

template <class T>
class A {
    T v1;
    int n;
};
class B:public A<int> {
    double v;
};
int main() {
    B obj1;
    return 0;
}

6、類模板與友員函數
（1）函數、類、類的成員函數作為類模板的友元

void Func1() { }
class A { };
class B{
    public:
        void Func() { }
};
template <class T>
class Tmpl{
    friend void Func1();
    friend class A;
    friend void B::Func();
}; //任何從Tmp1實例化來的類 ，都有以上三個友元

（2）函數模板作為類模板的友元

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
template <class T1,class T2>
class Pair{
    private:
        T1 key; //關鍵字
        T2 value; //值
    public:
        Pair(T1 k,T2 v):key(k),value(v) { };
        bool operator < ( const Pair<T1,T2> & p) const;
        template <class T3,class T4>
        friend ostream & operator<< ( ostream & o,const Pair<T3,T4> & p);
};
template <class T1,class T2>
bool Pair<T1,T2>::operator < ( const Pair<T1,T2> & p) const{ //"小"的意思就是關鍵字小
    return key < p.key;
}
template <class T1,class T2>
ostream & operator<< (ostream & o,const Pair<T1,T2> & p){
    o << "(" << p.key << "," << p.value << ")" ;
    return o;
}
int main()
{
    Pair<string,int> student("Tom",29);
    Pair<int,double> obj(12,3.14);
    cout << student << " " << obj;
    return 0;
}
//輸出：
(Tom,29) (12,3.14)
任意從 template <class T1,class T2>
       ostream & operator<< (ostream & o,const Pair<T1,T2> & p)
生成的函數，都是任意Pair摸板類的友元

（3）函數模板作為類的友元

#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
    int v;
public:
    A(int n):v(n) { }
    template <class T>
    friend void Print(const T & p);
};
template <class T>
void Print(const T & p){
    cout << p.v;
}
int main() {
    A a(4);
    Print(a);
    return 0;
}
//輸出：4

（4）類模板作為類模板的友元

template <class T>
class B {
    T v;
public:
    B(T n):v(n) { }
    template <class T2>
    friend class A;
};
template <class T>
class A {
    public:
    void Func( )  {
        B<int> o(10);
        cout << o.v << endl;
    }
};

7、類模板與靜態成員變量

類模板中可以定義靜態成員 ，那么從該類模板實例化得到的所有類 ，都包含同樣的靜態成員 。

#include <iostream>
using namespace std;
template <class T>
class A{
    private:
        static int count;
    public:
        A() { count ++; }
        ~A() { count -- ; };
        A( A & ) { count ++ ; }
        static void PrintCount() { cout << count << endl; }
};
template<> int A<int>::count = 0;
template<> int A<double>::count = 0;
int main(){
    A<int> ia;
    A<double> da;
    ia.PrintCount();
    da.PrintCount();
    return 0;
}
//輸出：1  1

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