面向对象程序设计辅导材料-1

第12章模板(Template)面向对象程序设计(C++)12.1引言12.1引言：IntStack创建一个栈，这个栈类只存放int类型的值1.支持初始化、push()、pop()、清除等方法；2.栈中所有元素的类型都是int.VP用来存放int的栈类IntStackclassIntStack{int*v;//栈底int*p;//栈顶intsz;//栈的大小public:IntStack(ints){v=p=newint[sz=s];}~IntStack(){delete[]v;}voidpush(inta){*p++=a};intpop(){return*--p;}intsize()const{returnp-v;}};12.2代码重用12.2如何实现代码重用？VPVPCharStackObjStack

现在希望再创建能存放其他类型的栈类，如：char,float,甚至用户自定义的类型对象。

从栈的结构和操作方式上来说，除了每个元素的类型不一样外，其它没有任何区别。因此应该可以重用IntStack的代码。问题是：如何重用？12.2.1C的方法之一：代码拷贝classCharStack{

char*v;//栈底char*p;//栈顶intsz;//栈的大小public:CharStack(ints){v=p=newchar[sz=s];}~CharStack(){delete[]v;}voidpush(chara){*p++=a};

charpop(){return*--p;}intsize()const{returnp-v;}};缺点：1.表现繁琐;2.易发生错误;3.缺乏美感;非常低效！12.2.2C的方法之二：typedeftypedefintT;classStack{

T*v;//栈底

T*p;//栈顶intsz;//栈的大小public:Stack(ints){v=p=newT[sz=s];}~Stack(){delete[]v;}voidpush(Ta){*p++=a};

Tpop(){return*--p;}intsize()const{returnp-v;}};缺点：1.每次使用Stack之前，都必须加上typedef语句，很麻烦。2.由于T是全局名，无法重新定义，一个类不能同时用到char栈和int栈；12.2.3smalltak方法(略)使用继承复杂,混乱!12.2.4C++的方法：模板改进typedef，将它从预处理器移入到编译器中。新的代码替换装置称为“模板”(template)。非常象宏，却更清晰，更易于使用；模板实际上是一组类；形式上很简洁。12.3模板语法12.3.1类模板定义template<classT>class类模板名{//类模板的定义}；注：T是一个类模板的类型参数，可以有一个或多个，可以是任意类型。template<classT>

classStack{

T*v;//栈底

T*p;//栈顶intsz;//栈的大小public:Stack(ints){v=p=newT[sz=s];}~Stack(){delete[]v;}voidpush(Ta){*p++=a};

Tpop(){return*--p;}intsize()const{returnp-v;}};例：Stack<T>12.3.2类模板实例化给类模板的参数指定具体的类型，这一过程称为

“类模板的实例化”。类模板名<具体类型表>

Stack<int>;//实例化成int型栈类；Stack<char>;//实例化成char型栈类；注意：类模板实例化后的结果是类，而不是对象！12.3.3类对象生成类模板实例化得到的类可以进行实例化，生成最终的对象。Stack<int>si(20);//创建一个大小为20的整形栈；Stack<char>si(40);//创建一个字符型栈；Stackstack(100);//error,未指定模板参数，

类模板与类的实例化Stack<T>Stack<int>Stack<char>…………Stack<int>sint(10)Stack<int>si2(20)……模板实例化类实例化完整的stack<T>程序：template<classT>classStack{

T*v;//栈底

T*p;//栈顶intsz;//栈的大小public:Stack(ints){v=p=newT[sz=s];}~Stack(){delete[]v;}voidpush(Ta){*p++=a};

Tpop(){return*--p;}intsize()const{returnp-v;}};voidmain(){inti;Stack<char>sch(20);

Stack<char>sch2(20);

Stack<int>sint(10);for(i=0;i<10;i++){sint.push(i+1);}for(i=0;i<20;i++){sch.push(‘*’);}//….for(i=10;i>0;i--){if(sint.pop()!=i){error();}}for(i=0;i<20;i++){if(sch.pop()!=‘*’){error();}}}一个值得注意的问题！12.3.4非内联函数定义12.3.4.1语法template<classT>返回值类型类模板名<类模板参数>::成员函数名(函数参数1,函数参数2,函数参数3)非内联函数定义的Stack<T>template<classT>classStack{T*v;//栈底T*p;//栈顶intsz;//栈的大小public:Stack(ints;~Stack();voidpush(Ta);Tpop();intsize();};template<classT>Stack<T>::Stack(ints){v=p=newT[sz=s];}template<classT>Stack<T>::~Stack(){delete[]v;}

template<classT>voidStack<T>::push(Ta){*p++=a};template<classT>TStack<T>::pop(){return*--p;}template<classT>intStack<T>::size()const{returnp-v;}};12.3.4.2关于头文件对类来说，在创建非内联函数定义时，我们通常把定义放在.h文件中，而把实现放在.cpp中。

（实际上是所谓的头文件原则：“在头文件中，不要放置分配存储空间的任何东西”，为了防止在连接期间的多重定义错误。）对模板来说，即使是在创建非内联函数定义时，模板的所有定义和实现都必须放入一个头文件中。

why？

因为模板很特殊，在template<…>之后的任何东西都意味着编译器在当时不为它分配存储空间（即不编译成目标代码），而是一直处于等待状态直到一个模板示例被告知。如果没有被实例化，模板不会被编译成目标代码：template<classT>classStack{

T*v;//栈底

T*p;//栈顶intsz;//栈的大小public:Stack(ints;~Stack();voidpush(Ta);

Tpop();intsize();};文件：Stack.htemplate<classT>Stack<T>::Stack(ints){v=p=newT[sz=s];}template<classT>Stack<T>::~Stack(){delete[]v;}template<classT>voidStack<T>::push(Ta){*p++=a};

template<classT>

TStack<T>::pop(){return*--p;}

template<classT>intStack<T>::size()const{returnp-v;}};文件：Stack.cpp#include“Stack.h”voidmain(){Stack<int>si(10);si.push(1);//连接错误}文件:test.cpperrorLNK2001:unresolvedexternalsymbol"public:int__thiscallStack<int>::push(int)"(?push@?$stack@H@@QAEHXZ)发生连接错误：FromMSDN:LinkerToolsErrorLNK2001unresolvedexternalsymbol"symbol"Codewillgeneratethiserrormessageifitreferencessomething(likeafunction,variable,orlabel)thatthelinkercan’tfindinallthelibrariesandobjectfilesitsearches.Ingeneral,therearetworeasonsthiserroroccurs:whatthecodeasksfordoesn’texist(thesymbolisspelledincorrectlyorusesthewrongcase,forexample),orthecodeasksforthewrongthing(youareusingmixedversionsofthelibraries?somefromoneversionoftheproduct,othersfromanotherversion).NumerouskindsofcodingandbuilderrorscancauseLNK2001.Severalspecificcausesarelistedbelow,andsomehavelinkstomoredetailedexplanations.……12.3.5模板中的常量模板参数并不局限于类定义的类型，可以使用编译器内置类型。

tempate<classT,intsize=100>classArray{…;}类型参数内置类型参数参数的默认值例：模板中的常量#include"../require.h"#include<iostream>usingnamespacestd;template<classT,intsize=100>classArray{Tarray[size];//在实例化时，设置Array类的长度public:T&operator[](intindex){//重载[]实现关联数组

require(index>=0&&index<size,"Indexoutofrange");returnarray[index];}intlength()const{returnsize;}};classNumber{floatf;public:Number(floatff=0.0f):f(ff){}Number&operator=(constNumber&n){//重载赋值符f=n.f;return*this;}operatorfloat()const{returnf;}

friendostream&operator<<(ostream&os,constNumber&x){returnos<<x.f;}};template<classT,intsize=20>classHolder{Array<T,size>*np;public:Holder():np(0){}T&operator[](inti){require(0<=i&&i<size);if(!np)np=newArray<T,size>;returnnp->operator[](i);}intlength()const{returnsize;}~Holder(){deletenp;}};intmain(){Holder<Number>h;

for(inti=0;i<20;i++)h[i]=i;

for(intj=0;j<20;j++)cout<<h[j]<<endl;}///:~12.4模板的派生12.4.1从类派生模板模板实际上是一组类，如果某一类定义了这一组类的公共属性，则模板可以从该类派生。classBase{inti;protected:floatf;public:voidg(){cout<<“g”<endl;}};template<classT>classderived:publicBase{Tt;//…};voidmain(){derived<int>di;derived<char>dc;di.g();//dc.g();}12.4.2从类模板派生模板template<classT>classBase{inti;protected:Tf;public:voidg(){cout<<“g”<endl;}};类模板的基类如果也是模板，派生类模板的参数表应包含基类模板的参数。template<classT1,classT2>classderived:publicBase<T2>{T1t;//…};voidmain(){derived<int,char>di;derived<char,float>dc;di.g();//dc.g();}12.4.2从类模板派生模板(续)如果派生类没有类型参数，或者说它的类型参数与基类的类型参数相同时，派生类地模板参数只要包含基类的模板参数就可以了template<classT>classC:publicBase<T>//模板C的参数与基类相同{Tc;//…};12.5函数模板实际上是定义了一组函数12.5.1函数模板的定义template<模板参数表>返回值类型函数名（函数参数表）{//函数模板的定义}例1：求两个对象间的最大值template<classT>Tmax(Ta,Tb){returna>b?a:b;}这里T可以是int,char,float,或者任何重载了>算符的对象。例2：关于模板参数template<classT>voidf(){//error,函数参数列表中无函数模板参数TTa;//…}12.5.2函数模板的实例化函数模板的实例化不需要用户显式进行，而是在函数调用时由编译器来处理。voidmain(){inta,b;charc,d;intm1=max(a,b);//调用max(inta,intb);charm2=max(c,d);//调用max(charc,chard);}