C/C++编程：模板的基本语法

素颜马尾好姑娘i 2023-01-14 10:56 93阅读 0赞

# Template Class基本语法 #

## 基本语法 ##

声明：

> **template < typename T> class ClassA;**

定义：

> **template < typename T> class ClassA**  
> **\{**   
> **T member;**  
> **\}**

`template`表示接下来将会定义一个模板。和函数一样，模板也有一系列参数。这些参数都被囊括在template之后的< >中。在上文的例子中，`typename T`便是模板参数。 来看一个函数声明：

void ff(int a);

`typename T`可以类比`int a`, T是形参，`typename`表示模板参数中的T将匹配一个类型。

我们可以用类似`ClassA<int>`来实例化类ClassA，那么`ClassA<int>`等同于：

// 注意：这并不是有效的C++语法，只是为了说明模板的作用
    typedef class {
        
        int member;
    } ClassA<int>;

## 怎么使用 ##

定义一个类模板：

template <typename T>
    class vector
    {
        
    public:
        void push_back(T const&);
        void clear();				
    	
    private:
        T* elements;
    };

对于C++来说，类型最重要的作用之一就是用它去产生一个变量，因此，可以这样用：

vector<int> intArray;
    vector<float> floatArray;

此时我们就可以执行以下的操作，获得我们想要的结果：

intArray.push_back(5);
    floatArray.push_back(3.0f);

变量定义的过程可以分成两步来看：第一步，`vector<int>`将int绑定到模板类vector上，获得了一个“普通的类`vector<int>`”；第二步通过“vector”定义了一个变量。

我们把通过类型绑定将模板类变成“普通的类”的过程，称之为模板实例化（Template Instantiate）。实例化的语法是：

模板名 < 模板实参1 [，模板实参2，...] >

当然，在实例化过程中，被绑定到模板参数上的类型（即模板实参）需要与模板形参正确匹配。 就如同函数一样，如果没有提供足够并匹配的参数，模板便不能正确的实例化。

## 模板类的成员函数 ##

C++11正式废弃**模板导出**这一特性，因此在模板类的变量在调用成员函数的时候，需要看到完整的成员函数定义。因此现在的模板类中的成员函数，通常是以内联的方式实现的。

template <typename T>
    class vector
    {
        
    public:
        void clear()
        {
        
            // Function body
        }
    	
    private:
        T* elements;
    };

当然，我们也可以将vector::clear的定义部分放在类型之外，只不过这个时候的语法就显得蹩脚许多：

template <typename T>
    class vector
    {
        
    public:
        void clear();  // 注意这里只有声明
    private:
        T* elements;
    };
    
    template <typename T>
    void vector<T>::clear()  // 函数的实现放在这里
    {
        
        // Function body
    }

在成员函数实现的时候，必须要提供模板参数。此外，为什么类型名不是vector而是`vector<T>`呢？ 如果你了解过模板的偏特化与特化的语法，应该能看出，这里的vector在语法上类似于特化/偏特化。实际上，这里的函数定义也确实是成员函数的偏特化

综上，正确的成员函数实现如下所示：

template <typename T> // 模板参数
    void vector<T> /*看起来像偏特化*/ ::clear() // 函数的实现放在这里
    {
        
        // Function body
    }

# Template Function基本语法 #

template <typename T> void foo(T const& v);
    
    template <typename T> T foo();
    
    template <typename T, typename U> U foo(T const&);
    
    template <typename T> void foo()
    {
        
        T var;
        // ...
    }

使用：

#include <list>
    #include <vector>
    
    template <typename T> T Add(T a, T b)
    {
        
        return a + b;
    }
    
    
    
    int main()
    {
        
        int a = 5;
        int b = 3;
        int result = Add<int>(a, b);
    }

# 整型也可以是Template参数 #

模板参数除了类型外（包括基本类型、结构、类类型等），也可以是一个整型数（Integral Number）。这里的整型数比较宽泛，包括布尔型，不同位数、有无符号的整型，甚至包括指针。我们将整型的模板参数和类型作为模板参数来做一个对比：

template <typename T> class TemplateWithType;
    template <int      V> class TemplateWithValue;

我想这个时候你也更能理解 typename 的意思了：它相当于是模板参数的“类型”，告诉你 T 是一个 typename。

按照C++ Template最初的想法，模板不就是为了提供一个类型安全，容器调试的宏吗？有类型就够了，为什么要引入整形参数呢？考虑宏，它除了代码替换，还有一个作用是作为常量出现。所以整形模板参数最基本的用途就是定义一个常数。比如：

template <typename T, int Size> struct Array
    {
        
        T data[Size];
    };
    
    Array<int, 16> arr;

相当于

class IntArrayWithSize16
    {
        
        int data[16]; // int 替换了 T, 16 替换了 Size
    };
    
    IntArrayWithSize16 arr;

另外，**因为模板的匹配是在编译时完成的，所以实例化模板的时候所使用的参数，也必须要在编译期就能确定**：

template <int i> class A {
        };
    
    void foo()
    {
        
        int x = 3;
        A<5> a; // 正确！
        A<x> b; // error C2971: '_1_3::A' : template parameter 'i' : 'x' : a local variable cannot be used as a non-type argument
    }

因为x不是一个编译期常量，所以 A 就会告诉你，x是一个局部变量，不能作为一个模板参数出现。

嗯，这里我们再来写几个相对复杂的例子：

template <int i> class A 
    {
        
    public:
        void foo(int)
        {
        
        }
    };
    template <uint8_t a, typename b, void* c> class B {
        };
    template <bool, void (*a)()> class C {
        };
    template <void (A<3>::*a)(int)> class D {
        };
    
    template <int i> int Add(int a)	// 当然也能用于函数模板
    {
        
        return a + i;
    }
    
    void foo()
    {
        
        A<5> a;
        B<7, A<5>, nullptr>	b; // 模板参数可以是一个无符号八位整数，可以是模板生成的类；可以是一个指针。
        C<false, &foo> c;      // 模板参数可以是一个bool类型的常量，甚至可以是一个函数指针。
        D<&A<3>::foo> d;       // 丧心病狂啊！它还能是一个成员函数指针！
        int x = Add<3>(5);     // x == 8。因为整型模板参数无法从函数参数获得，所以只能是手工指定啦。
    }
    
    template <float a> class E {
        }; // ERROR: 别闹！早说过只能是整数类型的啦！