C++类模板函数模板与模板函数

第六章

模板

6．1模板的概念

C++是强类型语言，因此我们定义求最大值函数max()时，需要对不同的数据类型分别定义不同的版本，例如：intmax(intx,inty){return(x>y)?x:y;}floatmax(floatx,floaty){return(x>y)?x:y;}doublemax(doublex,doubley){return(x>y)?x:y;}这些函数版本执行的功能都是相同的，只是参数类型和返回类型不同，能否为上述这些函数只写出一套代码？解决问题的一个方法就是使用模板。所谓模板，就是写一个函数模子，用这个模子套印出许多功能相同，参数类型和返回类型不同的函数。模板是实现了真正的代码可重用性。可以这么说：函数重载是指用同一个名字定义不同的函数，这些函数功能不同，执行不同的操作。函数模板是指用同一个名字定义不同的函数，这些函数功能相同，而参数类型和返回类型不同。1模板模板分为函数模板〔模子〕和类模板〔模子〕，允许用户分别用它们构造〔套印〕出〔模板〕函数和〔模板〕类。图显示了模板〔函数模板和类模板〕，模板函数，模板类和对象之间的关系。

模板（函数模板和类模板）模板函数模板类对象实例化实例化实例化模子26.2函数模板与模板函数6.2.1函数模板的声明与模板函数的生成函数模板的声明格式如下：template<class类型参数>返回类型函数名〔模板形参表〕{函数体}其中template是一个声明模板的关键字，它表示声明一个模板。例如，将求最大值函数max()定义成函数模板，如下所示：template<classT>或template<typenameT>Tmax(Tx,Ty){return(x>y)?x:y;}其中T为类型参数，它可用根本类型或用户自定义的类型。在使用函数模板时，必须将其实例化，即用实际的数据类型替代它。3例6.1函数模板的程序#include<iostream.h>#include<string.h>template<classAT>ATmax(ATx,ATy){return(x>y)?X:y;}voidmain(){intil=10,i2=56;floatfl=12.5,f2=24.5;doubleb1=50.344,d2=4656.346;charc1=’k’,c2=’n’;cout<<”themaxofil,i2is:“<<max(i1,i2)<<endl;cout<<”themaxoffl,f2is:“<<max(f1,f2)<<endl;cout<<”themaxofdl,d2is:“<<max(d1,d2)<<endl;cout<<”themaxofcl,c2is:“<<max(c1,c2)<<endl;}程序运行结果如下：themaxofil,i2is:56themaxoffl,f2is:24.5themaxofdl,d2is:4656.346themaxofcl,c2is:n4函数模板和模板函数的关系

例6.2与指针有关的模板#include<iostream.h>template<classT>Tsum(T*array,intsize=0){Ttotal=0;for(inti=0;i<size;i++)total+=array[i];returntotal;};函数模板max(x,y)模板函数max(c1,c2)(c1,c2为字符型)实例化5模板函数max(f1,f2)(f1,f2为浮点型)模板函数max(d1,d2)(d1,d2为双精型)模板函数max(i1,i2)(i1,i2为整型)实例化实例化实例化接1例6.2intint_array[]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};doubledouble_array[]={1.1,2.2,3.3,4.4,5.5,6.6,7.7,8.8,9.9,10.10};voidmain(){intitotal=sum(int_array,10);doubledtotal=sum(double_array,10);cout<<”Thesummaryofintegerarrayare:”<<itotal<<endl;cout<<”Thesummaryofdoublearrayare:”<<dtotal<<endl;}程序运行结果为：Thesummaryofintegerarrayare:55Thesummaryofdoublearrayare:59.6几点说明：⑴在函数模板中允许使用多个类型参数。但在template定义局部的每个模板形参前必须有关键字class。6几点说明：例6.3#include<iostream.h>template<classtype1,classtype2>voidmyfunc(type1x,type2y){cout<<x<<’’<<y<<end1;}voidmain(){myfunc(10,”hao”);myfunc(0.123,10L);}程序运行结果为：10hao0.123107⑵在template语句与函数模板定义语句之间不允许有别的语句。//这是不能编译的Template<classT>intiI;//错误，不允许有别的语句Tmax(Tx,Ty){return(x>y)?x:y;}⑶模板函数类似于重载函数，只不过它更严格一些而已。函数被重载的时候，在每个函数体内可以执行不同的动作，但同一函数模板实例化后的所有模板函数都必须执行相同的动作。//不能做函数模板的voidoutdate(inti){cout<<i;}voidoutdata(doubled){cout<<”d=”<<d<<endl;}86.2.2函数模板的异常处理虽然函数模板中的模板形参T可以实例化为各种类型，但实例化T的各模板实参之间必须保持完全一致的类型，否那么会发生错误。请看下面的例子。Template<classT>Tmax(Tx,Ty){return(x>y)?x:y;}voidfun(inti,charc){max(i,i);//正确，调用max(int,int)max(c,c);//正确，调用max(char,char)max(i,c);//错误max(c,i);//错误}这里出现错误的原因是，如对语句max(i,c);编译器将先按变量i将T解释为int类型，此后出现的模板实参c不能解释为int类型时，便发生错误。解决这个问题有以下两种方法：⑴采用强制类型转换，如将调用语句max(i,c);改写成max(i,int(c));9⑵用非模板函数重载函数模板，这种重载有两种表述方式：①只声明一个非模板函数的原型，而不给出函数体，它的函数体是借用函数模板的函数体。当执行此重载版本时会自动调用函数模板的函数体。template<classT>Tmax(Tx,Ty){return(x>y)?x:y;}intmax(int,int);//非模板函数的原型voidfun(inti,charc){max(i,i);//正确，调用max(int,int)max(c,c);//正确，调用max(char,char)max(i,c);//正确，调用max(int,int)，它支持数据间的隐式转换max(c,i);//正确，调用max(int,int)，它支持数据间的隐式转换}②定义一个完整的非模板函数，此方法定义的重载函数，所带参数的类型可以随意，就像一般的重载函数一样定义。例如：char*max(char*x,chen*y){return(strcmp(x,y>0)?x:y;)}10当出现调用语句max(“abcd”,”efgh”);时，执行的是这个重载的非模板函数。在c++中函数模板与同名的非模板函数重载时，调用的顺序遵循下述约定⑴寻找一个参数完全匹配的函数，如果找到了就调用它。⑵寻找一个函数模板，将其实例化，产生一个匹配的模板函数，假设找到了，就调用它。⑶假设⑴和⑵都失败，再试一试低一级的对函数的重载方法，假设找到了，就调用它。11

6.3类模板和模板类一个类模板(也称为类属类或类生成类)允许用户为类定义一种模子，使得实例化类中的某些数据成员，某些成员函数的参数或者返回值，能取任意数据类型。定义一个类模板，其格式如下：template<classType>class类名{//…};关键字class〔或typename〕后面的Type是类型参数。在实例化类定义中,欲采用通用数据类型的数据成员，成员函数的参数或返回值，前面需要加上Type。例如，下面的程序中建立了一个用来实现堆栈的类模板。12constintsize=10Template<classType>classstack{Typestck[size];Inttos;public:voidinit(){tos=0;}voidpush(Typech);Typepop();};成员函数push()和pop()在类定义体外定义为template<classType>voidstack<Type>::push(Typeob){if(tos==size){cout<<”stackisfull”;return;}stck[tos]=ob;tos++;}13template<classType>Typestack<Type>::pop(){if(tos==0){cout<,”stackisempty”;return0;}tos--;returnstck[tos];}类模板不代表一个具体的、实际的类,而代表一类类。实际上,类模板的使用就是将类模板实例化成一个具体的类，它的格式为:类名<实际的类型>对象名;例如,使用上面的类模板,创立两个模板参数为char型的对象,语句如下:stack<char>s1,s2;14类模板stack(Type)模板类stack(char)模板类stack(int)模板类stack(double)实例化实例化实例化15例6.4类模板stack的例子，在此建立了字符型和整型两个堆栈。#include<iostream.h>constintsize=10;template<classType>//声明一个类模板classstack{//定义类模板Typestck[size];//数组可取任意类型,即模板参数类型TypeInttos;public:voidinit(){tos=0;}voidpush(Typech);//参数取Type类型Typepop();//返回类型取Type类型};16template<classType>voidstack<Type>::push(Typeob){if(tos==size){cout<<”stackisfull”;return;}stck[tos]=ob;tos++;}template<classType>Typestack<Type>::pop(){if(tos==0){cout<<”stackisempty”;return0;}tos--;returnstck[tos];}17接1例6.4voidmain(){//定义字符堆栈stack<char>s1,s2;inti;s1.init();s2.init();s1.push(‘a’);s2.push(‘x’);s1.push(‘b’);s2.push(‘y’);s1.push(‘c’);s2.push(‘z’);for(i=0;i<3;i++)cout<<”pops1:”<<s1.pop()<<endl;for(i=0;i<3;i++)cout<<”pops2:”<<s2.pop()<<endl;

18//定义整型堆栈stack<int>is1,is2;//创立两个模板参数为int型的对象is1.init();is2.init();is1.push(1);is2.push(2);is1.push(3);is2.push(4);is1.push(5);is2.push(6);for(i=0;i<3;i++)cout<<”popis1:”<<is1.pop()<<endl;for(i=0;i<3;i++)cout<<”popis2:”<<is2.pop()<<endl;}程序运行结果如下:pops1:cpops2:zpopis1:5popis2:6pops1:bpops2:ypopis1:3popis2:4pops1:apops2:xpopis1:1popis2:219例6.5建立一个单向链表类模板，然后建立一个保存字符的链表类。#include<iostream.h>template<classdata_t>classlist{data_tdata;list*next;public:list(data_td);voidadd(list*node){node->next=this;next=0;}list*getnext(){returnnext;}data_tgetdata(){returndata;}};template<classdata_t>list<data_t>::list(data_td){data=d;next=0;}20voidmain(){list<char>start(‘a’);list<char>*p,*last;inti;//buildalistlast=&start;for(i=1;i<26;i++){p=newlist<char>(‘a’+i);p->add(last);last=p;}cout<<endl;//followthelistp=&start;while(p){cout<<p->getdata();p=p->getnext();}}程序运行结果如下:abcdefghijklmnopqrstuvwxyz21说明:(1)在每个类模板定义之前，都需要在前面加上模板声明template<classType>类模板在使用时，必须在名字后面缀上模板参数<Type>stack<Type>(2)模板类可以有多个模板参数，在下面的例中建立了使用两个模板参数的类模板。例6.6使用两个模板参数的类模板#include<iostream.h>template<classT1,classT2>//声明具有两个参数的模板classmyclass{//定义类模板T1i;T2j;public:myclass(T1a,T2b){i=a;j=b;}voidshow(){cout<<”I=”<<i<<”j=”<<j<<endl;}};22voidmain(){myclass<int,double>od1(12,0.15);myclass<char,char*>ob2(‘x’,”Thisisatest”);od1.show();ob2.show();}程序运行结果如下:I=12j=0.15I=xj=Thisisatest236.4应用举例例6.7template<classT>structquenode{Tnodedata;quenode*next;};这里用模板的形式定义了队列链表的一个结点的构造，struct也可改为class。也用模板的形式定义了队列类，其中4个数据成员，10个函数成员：template<classT>classqueue{protected://保护段①intquesize;//定义队列长度②quenode<T>*head;//定义队列列头③quenode<T>*tail;//定义队列列尾④boolallocateerror;

24T类型的数据quenode类型的指针nodedatanext4个数据成员quesizebool类型整数指向列头的指针指向列尾的指针headtailallocateerror①

queue©(queue&q);//队列拷贝函数public:②

queue();//构造函数③queue(queue&q){head=NULL;tail=NULL;copy(q);}//构造函数，建q队列④~queue(){clearque();}//析构函数⑤boolgetallocateerror(){returnallocateerror;}⑥voidpush(T&);//将结点插入队尾⑦boolpop(T&);//从队头取结点⑧boolisempty(){return(quesize==0)?true:false;}//判断队列是否为空⑨voidclearque();//清空队列⑩queue&operator=(queue&q){copy(q);return*this;}//重载赋值运算符};其中：黑色的函数名③④⑤⑧⑩已在类内完成定义，红色的函数名①②⑥⑦⑨以模板函数的形式在下面定义：25②template<classT>queue<T>::queue()//定义构造函数{quesize=0;allocateerror=false;head=NULL;tail=NULL;}①template<classT>queue<T>&queue<T>::copy(queue<T>&que)

//将队列que复制给当前队列对象{quenode<T>*p,*q,*r;if(head)clearque();quesize=que.quesize;//传递队列长度allocateerror=false;head=NULL;tail=NULL;

26if(!que.head)return*this;//假设队列为空，那么返回head=newquenode<T>;//为队列头结点分配存储空间if(!head)//假设分配失败，那么返回{allocateerror=true;return*this;}head->nodedata=que.head->nodedata;//将que队列头结点值赋给当前队列头结点head->next=NULL;tail=head;//将队列尾也指向此结点r=NULL;p=head;//p指针也指向此结点q=que.head->next;//q指针指向que队列的第二个结点

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while(q){r=newquenode<T>;//为结点r分配存储空间if(!r){allocateerror=true;return*this;}r->nodedata=q->nodedata;r->next=NULL;p->next=r;//将结点r链接到当前队列的链上tail=r;//队尾指针指向r，因为r为最后一个结点p=p->next;//指针后移q=q->next;}return*this;}28⑥template<classT>voidqueue<T>::push(T&x)//向队尾插入结点{quenode<T>*p;p=newquenode<T>;//为p结点分配存储空间if(!p)//假设分配失败，那么返回{allocateerror=true;return;}p->nodedata=x;if(tail)//假设队列非空{p->next=NULL;tail->next=p;//将p结点链接到尾指针tail后tail=p;//修改队尾指针}else//假设队列为空{p->next=NULL;tail=p;//p结点为队列的头，又为尾head=p;}quesize++;//长度加1}29⑦template<classT>boolqueue<T>::pop(T&x)//从队头取一结点{quenode<T>*p;if(head)//假设队列非空{x=head->nodedata;//将队头的数据内容赋给xp=head;head=head->next;//修改队头指针if(head==NULL)//假设队列已删空，那么tail也改为NULLtail=NULL;deletep;//删除原头结点quesize--;//长度减1returntrue;}returnfalse;}30

⑨template<classT>voidqueue<T>::clearque()//将队列清空{Tp;allocateerror=false;while(pop(p));//循环提取队