C++模板：函数模板、类模板、模板与继承

 http://blog.csdn.net/xiaoding133/article/details/11662183

 C++模板：描述    

        C++提供一种模板的机制来减少代码重复。比如：对于同一样函数使用不同的数据类型，int,double,char等。C++模板属于“元编程”的范畴。

C++ 模板函数

                 1.支持不同数据类型的函数重载：

[cpp] view plaincopy

1. #include <iostream>  
2. using namespace std;  
3.   
4. int square (int x)  
5. {  
6.   return x * x;  
7. };  
8.   
9. float square (float x)  
10. {  
11.   return x * x;  
12. };  
13.   
14. double square (double x)  
15. {  
16.   return x * x;  
17. };  
18.   
19. main()  
20. {  
21.    int    i, ii;  
22.    float  x, xx;  
23.    double y, yy;  
24.   
25.    i = 2;  
26.    x = 2.2;  
27.    y = 2.2;  
28.   
29.    ii = square(i);  
30.    cout << i << ": " << ii << endl;  
31.   
32.    xx = square(x);  
33.    cout << x << ": " << xx << endl;  
34.   
35.    yy = square(y);  
36.    cout << y << ": " << yy << endl;  
37. }  
38.       

2.支持所有数据类型的函数模板

[cpp] view plaincopy

1. #include <iostream>  
2. using namespace std;  
3.   
4. template <class T>  
5. inline T square(T x)  
6. {  
7.    T result;  
8.    result = x * x;  
9.    return result;  
10. };  
11.   
12.   
13.   
14. main()  
15. {  
16.    int    i, ii;  
17.    float  x, xx;  
18.    double y, yy;  
19.   
20.    i = 2;  
21.    x = 2.2;  
22.    y = 2.2;  
23.   
24.    ii = square<int>(i);  
25.    cout << i << ": " << ii << endl;  
26.   
27.    xx = square<float>(x);  
28.    cout << x << ": " << xx << endl;  
29.   
30.    // Explicit use of template  
31.    yy = square<double>(y);// 显式使用模板  
32.    cout << y << ": " << yy << endl;  
33.   
34.    yy = square(y);//隐含的方式使用模板  
35.    cout << y << ": " << yy << endl;  
36. }  
37.       

注明：模板的关键字可以用class或者typename.

• template<class T>
• template<typename T>

两者表达的意思是一样的，但是我更喜欢使用后者。

可以采用两种方式使用模板函数square<int>(value) or square(value).

在模板函数的定义中，T代表数据类型。

模板的声明和定义必须在同一个文件中，如头文件中。

C语言的宏定义也可以实现函数模板的功能，#define square(x) (x * x)
但是宏没有类型检查，函数模板有类型检查。

 

C++ 模板特例化

下面的例子字符串类型需要特殊处理，采用模板的特例化

[cpp] view plaincopy

1. #include <iostream>  
2. using namespace std;  
3.   
4. template <class T>  
5. inline T square(T x)  
6. {  
7.    T result;  
8.    result = x * x;  
9.    return result;  
10. };  
11.   
12. // 模板特殊化  
13. template <>  
14. string square<string>(string ss)  
15. {  
16.    return (ss+ss);  
17. };  
18.   
19. main()  
20. {  
21.    int i = 2, ii;  
22.    string ww("Aaa");  
23.   
24.    ii = square<int>(i);  
25.    cout << i << ": " << ii << endl;  
26.   
27.     cout << square<string>(ww) << endl;  
28. }  
29.       

注明：模板特例化用于当一个数据类型需要进行不同的处理和实现的情况。

 C++ 模板无类型参数

 

[cpp] view plaincopy

1. #include <iostream>  
2. using namespace std;  
3.   
4. template <typename T, int count>  
5. void loopIt(T x)  
6. {  
7.    T val[count];  
8.   
9.    for(int ii=0; ii<count; ii++)  
10.    {   
11.        val[ii] = x++;  
12.        cout <<  val[ii] << endl;  
13.    }  
14. };  
15.   
16. main()  
17. {  
18.    float xx = 2.1;  
19.   
20.    loopIt<float,3>(xx);  
21. }  

 C++ 模板默认类型参数以及无类型参数

[cpp] view plaincopy

1. #include <iostream>  
2. using namespace std;  
3.   
4. template <typename T=float, int count=3>  
5. T multIt(T x)  
6. {  
7.    for(int ii=0; ii<count; ii++)  
8.    {  
9.        x = x * x;  
10.    }  
11.    return x;  
12. };  
13.   
14. main()  
15. {  
16.    float xx = 2.1;  
17.   
18.    cout << xx << ": " << multIt<>(xx) << endl;;  
19. }  

注明：multIt<>没有指定参数类型，默认为float;

 C++ 类模板

类模板定义：template <class T> class MyTemplateClass { ... };

类模板特例化：template <> class MyTemplateClass <specific-data-type> { ... };

File: Matrix2x2.hpp

[cpp] view plaincopy

1. #ifndef MATRIX_2X2_HPP__  
2. #define MATRIX_2X2_HPP__  
3.   
4. using namespace std;  
5.   
6. /** 
7.     m(11)  m(12) 
8.     m(21)  m(22) 
9. */  
10.   
11. template <class T>  
12. class Matrix2x2  
13. {  
14. public:  
15.    Matrix2x2(T m11, T m12, T m21, T m22);    //constructor  
16.    Matrix2x2(T m[2][2]);  
17.    Matrix2x2();  
18.   
19.    int Add(Matrix2x2 x)  
20.    int Multiply(Matrix2x2 x)  
21.    void Print();  
22.    T m[2][2];  
23. };  
24.   
25. template <class T>  
26. Matrix2x2<T>::Matrix2x2(T _m11, T _m12, T _m21, T _m22)  
27. {  
28.    m[0][0] = _m11;  
29.    m[0][1] = _m12;  
30.    m[1][0] = _m21;  
31.    m[1][1] = _m22;  
32. }  
33.   
34. template <class T>  
35. Matrix2x2<T>::Matrix2x2(T _m)  
36. {  
37.    m[0][0] = _m[0][0];  
38.    m[0][1] = _m[0][1];  
39.    m[1][0] = _m[1][0];  
40.    m[1][1] = _m[1][1];  
41. }  
42.   
43. template <class T>  
44. Matrix2x2<T>::Matrix2x2()  
45. {  
46.    m[0][0] = 0;  
47.    m[0][1] = 0;  
48.    m[1][0] = 0;  
49.    m[1][1] = 0;  
50. }  
51.   
52. template <class T>  
53. Matrix2x2<T>::Add(Matrix2x2 _x)  
54. {  
55.     Matrix2x2<T> sum;  
56.     sum.m[0][0] = m[0][0] + _x.m[0][0];  
57.     sum.m[0][1] = m[0][1] + _x.m[0][1];  
58.     sum.m[1][0] = m[1][0] + _x.m[1][0];  
59.     sum.m[1][1] = m[1][1] + _x.m[1][1];  
60.     return sum;  
61. }  
62.   
63. template <class T>  
64. Matrix2x2<T>::Multiply(Matrix2x2 _x)  
65. {  
66.     Matrix2x2<T> sum;  
67.     sum.m[0][0] = m[0][0] * _x.m[0][0] + m[0][1] * _x.m[1][0];  
68.     sum.m[0][1] = m[0][0] * _x.m[0][1] + m[0][1] * _x.m[1][1];  
69.     sum.m[1][0] = m[1][0] * _x.m[0][0] + m[1][1] * _x.m[1][0];  
70.     sum.m[1][1] = m[1][0] * _x.m[0][1] + m[1][1] * _x.m[1][1];  
71.     return sum;  
72. }  
73.   
74. template <class T>  
75. Matrix2x2<T>::Print()  
76. {  
77.     cout << "|" << m[0][0] << "  " <<  m[0][1] << "|" << endl;  
78.     cout << "|" << m[1][0] << "  " <<  m[1][1] << "|" << endl;  
79. }  
80.   
81. #endif  
82.             

TestMatrix2x2.cpp

[cpp] view plaincopy

1. #include <iostream>  
2.   
3. #include "Matrix2x2.hpp"  
4.   
5. using namespace std;  
6.   
7. int main(int argc, char* argv[])  
8. {  
9.     Matrix2x2<int> X(1,2,3,4);  
10.     Matrix2x2<int> Y(5,6,7,8);  
11.   
12.     cout << "X:" << endl;  
13.     X.Print();  
14.   
15.     cout << "Y:" << endl;  
16.     Y.Print();  
17.   
18.     Matrix2x2<int> A = X.Add(Y);  
19.     cout << "A:" << endl;  
20.     A.Print();  
21.   
22.     Matrix2x2<int> B = X.Add(Y);  
23.     cout << "B:" << endl;  
24.     B.Print();  
25. }  
26.             

 

 C++ 普通类和类模板的静态成员变量

普通类的静态成员函数：

[cpp] view plaincopy

1. #include <iostream>  
2.   
3. using namespace std;  
4.   
5.   
6. class XYZ  
7. {  
8. public:  
9.     void putPri();  
10.     static int ipub;  
11. private:  
12.     static int ipri;  
13. };  
14.   
15.   
16. void XYZ::putPri()  
17. {  
18.     cout << ipri++ << endl;  
19. }  
20.   
21. // 静态成员变量初始化:  
22. int XYZ::ipub = 1;  
23. int XYZ::ipri = 1;  
24.   
25. main()  
26. {  
27.     XYZ aaa;  
28.     XYZ bbb;  
29.   
30.     aaa.putPri();  
31.     cout << aaa.ipub << endl;  
32.     bbb.putPri();  
33. }  

类模板的静态成员：

[cpp] view plaincopy

1. #include <iostream>  
2.   
3. using namespace std;  
4.   
5. template <class T>   
6. class XYZ  
7. {  
8. public:  
9.     void putPri();  
10.     static T ipub;  
11. private:  
12.     static T ipri;  
13. };  
14.   
15. template <class T>   
16. void XYZ<T>::putPri()  
17. {  
18.     cout << ipri++ << endl;  
19. }  
20.   
21. // 静态成员初始化:  
22. template <class T> T XYZ<T>::ipub = 1;  
23. template <class T> T XYZ<T>::ipri = 1.2;  
24.   
25. main()  
26. {  
27.     XYZ<int> aaa;  
28.     XYZ<float> bbb;  
29.   
30.     aaa.putPri();  
31.     cout << aaa.ipub << endl;  
32.     bbb.putPri();  
33. }  

 C++ 模板的模板参数

[cpp] view plaincopy

1. #include <iostream>  
2. using namespace std;  
3.   
4. template <template <typename T> typename U>  
5. class Xyz  
6. {  
7.     ....  
8. };  

 C++ 类模板和继承

Color.hpp (无模板的基类)

[cpp] view plaincopy

1. #ifndef COLOR_HPP__  
2. #define COLOR_HPP__  
3. #include <string>  
4. enum eColor { none = 0, red, white, blue, yellow, green, black };  
5.   
6. class Color  
7. {  
8. public:  
9.     Color(eColor color);  
10.     void setColor(eColor color);  
11.     eColor getColor() { return mColor; };  
12.     std::string getStrColor();  
13.   
14. protected:  
15.     eColor mColor;  
16. };  
17.   
18. Color::Color(eColor _color)  
19. {  
20.    mColor = _color;  
21. }  
22.   
23. void Color::setColor(eColor _color)  
24. {  
25.     mColor = _color;  
26. }  
27.   
28. std::string Color::getStrColor()  
29. {  
30.     switch(mColor)  
31.     {  
32.        case red:  
33.            return "red";  
34.        case white:  
35.            return "white";  
36.        case blue:  
37.            return "blue";  
38.        case yellow:  
39.            return "yellow";  
40.        case green:  
41.            return "green";  
42.        case black:  
43.            return "black";  
44.        case none:  
45.        default:  
46.            return "none";  
47.     }  
48. }  
49. #endif  
50.             

File: Circle.hpp (模板基类)

[cpp] view plaincopy

1. #ifndef CIRCLE_HPP__  
2. #define CIRCLE_HPP__  
3. #include <math.h>  
4. #include <string>  
5.   
6. #include "Color.hpp"  
7.   
8. template <typename T>  
9. class Circle : public Color  
10. {  
11. public:  
12.     Circle(T centerX, T centerY, T radius, eColor color);  
13.     Circle(T centerX, T centerY, T radius);  
14.     Circle(T radius);  
15.   
16.     T area();  
17.     T circumference();  
18.     T getX();  
19.     T getY();  
20.     T getRadius();  
21.   
22. protected:  
23.     T x;  
24.     T y;  
25.     T radius;  
26. };  
27.   
28. template <typename T>  
29. Circle<T>::Circle(T _x, T _y, T _radius, eColor _color)  
30. : Color(_color)  
31. {  
32.     x = _x;  
33.     y = _y;  
34.     radius = _radius;  
35. }  
36.   
37. template <typename T>  
38. Circle<T>::Circle(T _x, T _y, T _radius)  
39. : Color(none)  
40. {  
41.     x = _x;  
42.     y = _y;  
43.     radius = _radius;  
44. }  
45.   
46. template <typename T>  
47. Circle<T>::Circle(T _radius)  
48. : Color(none)  
49. {  
50.     x = const_cast<T>(0);  
51.     y = const_cast<T>(0);  
52.     radius = _radius;  
53. }  
54.   
55. template <typename T>  
56. T Circle<T>::area()  
57. {  
58.     return M_PI * radius * radius;  
59. }  
60.   
61. template <typename T>  
62. T Circle<T>::circumference()  
63. {  
64.     return const_cast<T>(2) * M_PI * radius;  
65. }  
66. #endif  
67.             

File: testCircle.cpp

 

[cpp] view plaincopy

1. #include <iostream>  
2. #include "Circle.hpp"  
3.   
4. using namespace std;  
5.   
6. int main(int argc, char* argv[])  
7. {  
8.     Circle<float> circleA(0.0, 0.0, 10.0, white);  
9.     cout << "Area: "  << circleA.area() << endl;  
10.     cout << "Color: " << circleA.getStrColor() << endl;  
11. }  
12.             

 

 一个模板类继承另外一个模板类：

File: Sphere.hpp (派生类)

[cpp] view plaincopy

1. #ifndef SPHERE_HPP__  
2. #define SPHERE_HPP__  
3.   
4. #include "Circle.hpp"  
5.   
6. template <typename T>  
7. class Sphere : public Circle<T>  
8. {  
9. public:  
10.     Sphere(T centerZ, T centerX, T centerY, T radius, eColor color);  
11.     Sphere(T radius);  
12.     Sphere();  
13.   
14.     T surfaceArea();  
15.     T volume();  
16.     T getZ();  
17.   
18. private:  
19.     T z;  
20. };  
21.   
22. template <typename T>  
23. Sphere<T>::Sphere(T _x, T _y, T _z, T _radius, eColor _color)  
24. : Circle<T>::Circle (_x, _y, _radius, _color)  
25. {  
26.     this->z = _z;  
27. }  
28.   
29. template <typename T>  
30. Sphere<T>::Sphere(T _radius)  
31. : Circle<T>::Circle (_radius)  
32. {  
33.     this->x = const_cast<T>(0);  
34.     this->y = const_cast<T>(0);  
35.     this->z = const_cast<T>(0);  
36.     this->radius = _radius;  
37. }  
38.   
39. template <typename T>  
40. Sphere<T>::Sphere()  
41. {  
42.     this->x = const_cast<T>(0);  
43.     this->y = const_cast<T>(0);  
44.     this->z = const_cast<T>(0);  
45.     this->radius = const_cast<T>(1);  
46. }  
47.   
48. template <typename T>  
49. T Sphere<T>::surfaceArea()  
50. {  
51.     return const_cast<T>(4) * M_PI * this->radius * this->radius;  
52. }  
53.   
54. template <typename T>  
55. T Sphere<T>::volume()  
56. {  
57.     T three = 3;  
58.     T four  = 4;  
59.     return four * M_PI * this->radius * this->radius * this->radius / three;  
60. }  
61. #endif  

注明：用this来显示类的依赖

File: testSphere.cpp

[cpp] view plaincopy

1. #include <iostream>  
2. #include "Sphere.hpp"  
3.   
4. using namespace std;  
5.   
6. int main(int argc, char* argv[])  
7. {  
8.     Sphere<float> sphereA(0.0, 0.0, 0.0,10.0, blue);  
9.     cout << "Volume: " << sphereA.volume() << endl;  
10.     cout << "Color: "  << sphereA.getStrColor() << endl;  
11. }