14.4.1 定义类模板

下面以第10章的Stack类为基础来建立模板。原来的类声明如下：

typedef unsigned long Item;

class Stack

{

private:

    enum {MAX = 10};    // constant specific to class

    Item items[MAX];    // holds stack items

    int top;            // index for top stack item

public:

    Stack();

    bool isempty() const;

    bool isfull() const;

    // push() returns false if stack already is full, true otherwise

    bool push(const Item & item);   // add item to stack

    // pop() returns false if stack already is empty, true otherwise

    bool pop(Item & item);          // pop top into item

};

采用模板时，将使用模板定义替换Stack声明，使用模板成员函数替换Stack的成员函数。和模板函数一样，模板类以下面这样的代码开头：

template <class Type>

关键字template告诉编译器，将要定义一个模板。尖括号中的内容相当于函数的参数列表。可以把关键字class看作是变量的类型名，该变量接受类型作为其值，把Type看作是改变量的名称。

这里使用class并不意味着Type必须是一个类；而只是表明Type是一个通用的类型说明符，在使用模板时，将使用实际的类型替换它。较新的C++实现允许在这种情况下使用不太容易混淆的关键字typename代替class：

template <typename Type>    // new choice

可以使用自己的泛型名代替Type，其命名规则与其他标识符相同。当前比较流行的选项包括T和Type。在模板定义中，可以使用泛型名来标识要存储在栈中的类型。对于Stack来说，这意味着将声明中所有的typedef标识符Item替换为Type。例如，

Item items[MAX];    // holds stack items

应改为：

Type items[MAX];    // holds stack items

同样，可以使用模板成员函数替换原有类的类方法。每个函数头都将以相同的模板声明打头：

template <class Type>

同样应使用泛型名Type替换typedef标识符Item。另外，还需要将限定符从Stack::改为Stack<Type>::。例如，

bool Stack::push(const Item & item)

{

...

}

应改为：

template <class Type>       // or template <typename Type>

bool Stack<Type>::push(const Type & item)

{

...

}

如果在类声明中定义了方法（内联定义），则可以省略模板前缀和类限定符。

程序清单14.13列出了类模板和成员函数。知道这些模板不是类和成员函数定义至关重要。它们是C++编译器指令，说明了如何生成类和成员函数定义。模板的具体是现——如用来处理string对象的栈类——被称为实例化（instantiation）或具体化（specialization）。不能将模板成员函数放在独立的实现文件中。由于模板不是函数，它们不能单独编译。模板必须与特定的模板实例化请求一起使用。为此，最简单的方法是将所有模板信息放在一个头文件中，并在要使用这些模板的文件中包含该文件头。

程序清单14.13 stacktp.h

// stacktp.h -- a stack template#ifndef STACKTP_H_#define STACKTP_H_template 
     
      class Stack{private:    enum {MAX = 10};    // constant specific to class    Type items[MAX];    // holds stack items    int top;            // index for top stack itempublic:    Stack();    bool isempty();    bool isfull();    bool push(const Type & item);   // add item to stack    bool pop(Type & item);          // pop top into item};template 
      
       Stack
       
        ::Stack(){    top = 0;}template 
        
         bool Stack
         
          ::isempty(){    return top == 0;}template 
          
           bool Stack
           
            ::isfull(){ return top == MAX;}template 
            
             bool Stack
             
              ::push(const Type & item){ if (top < MAX) { items[top++] = item; return true; } else return false;}template 
              
               bool Stack
               
                ::pop(Type & item){ if (top > 0) { item = items[--top]; return true; } else return false;}#endif // STACKTP_H_
               
              
             
            
           
          
         
        
       
      
     

14.4.2 使用模板类

仅在程序包含模板并不能生成模板类，而必须请求实例化。为此，需要生命一个类型为模板类的对象，方法是使用所需的具体类型替换泛型名。例如，下面的代码创建两个栈，一个用于存储int，另一个用于存储string对象：

Stack<int> kernels;        // create a stack of ints

Stack<string> colonels;        // create a stack of string objects

看到上述声明后，编译器将按Stack<Type>模板来生成两个独立的类声明和两组独立的类方法。

程序清单14.14修改了原来的栈测试程序（程序清单11.12），使用字符串而不是unsigned long值作为订单ID。

程序清单14.14 stacktem.cpp

// stacktem.cpp -- testing the template stack class#include 
     
      #include 
      
       #include 
       
        #include "stacktp.h"using std::cin;using std::cout;int main(){    Stack
        
          st;  // create an empty stack    char ch;    std::string po;    cout << "Please enter A to add a purchase order.\n"         << "P to process a PO, or Q to quit.\n";    while (cin >> ch && std::toupper(ch) != 'Q')    {        while (cin.get() != '\n')            continue;        if (!std::isalpha(ch))        {            cout << '\a';            continue;        }        switch (ch)        {            case 'A':            case 'a':   cout << "Enter a PO number to add: ";                        cin >> po;                        if (st.isfull())                            cout << "stack already full\n";                        else                            st.push(po);                        break;            case 'P':            case 'p':   if (st.isempty())                            cout << "stack already empty\n";                        else {                            st.pop(po);                            cout << "PO #" << po << " popped\n";                            break;                        }        }        cout << "Please enter A to add a purchase order.\n"             << "P to process a PO, or Q to quit.\n";    }    cout << "Bye\n";    return 0;}
        
       
      
     

效果：

Please enter A to add a purchase order.P to process a PO, or Q to quit.AEnter a PO number to add: moonlightpoetPlease enter A to add a purchase order.P to process a PO, or Q to quit.AEnter a PO number to add: moonlitPlease enter A to add a purchase order.P to process a PO, or Q to quit.PPO #moonlit poppedPlease enter A to add a purchase order.P to process a PO, or Q to quit.PPO #moonlightpoet poppedPlease enter A to add a purchase order.P to process a PO, or Q to quit.Pstack already emptyPlease enter A to add a purchase order.P to process a PO, or Q to quit.QBye

 

可以通过如下方法声明一个允许指定数组大小的简单数组模板：

template <class T, int n>

class ArrayTP

{

...

};

请注意class（或在这种上下文中等价的关键字typename）指出T为类型参数，int指出n的类型为int。这种参数（指定特定的类型而不是用作泛型名）称为非类型（non-type）或表达式（expression）参数。假设有下面的声明：

ArrayTP<double, 12> eggweights;

这将导致编译器定义名为ArrayTP<double, 12>的类，并创建一个类型为ArrayTP<double, 12>的eggweight对象。定义类时，编译器将使用double替换T，使用12替换n。

14.4.5 模板多功能性

可以将用于常规类的技术用于模板类。模板类可用作基类，也可用作组件类，还可用作其他模板的类型参数。例如，可以使用数组模板实现栈模板，也可以使用数组模板来构造数组——数组元素是基于栈模板的栈。即可以编写下面的代码：

template <typename T>   // or <class T>

class Array

{

private:

    T entry;

    ...

};

template <typename Tp>

class Stack

{

    Array<Tp> ar;   // use an Array<> as a component

};

...

Array < Stack<int> > asi;   // an array of stacks of int

在最后一条语句中，C++98要求使用至少一个空白字符将两个>符号分开，以免与运算符>>混淆。C++11不要求这样做。

1.递归使用模板

可以递归使用模板。例如，对于前面的数组模板定义，可以这样使用它：

ArrayTP < ArrayTP<int,5>, 10> twodee;

2.使用多个类型参数

模板可以包含多个类型参数。例如，假设希望类可以保存两种值，则可以创建并使用Pair模板来保存两个不同的值（标准模板库提供了类似的模板，名为pair）。程序清单14.19所示的小程序是一个这样的示例。其中，方法first() const和second() const报告存储的值，由于这两个方法返回Pair数据成员的引用，因此让您能够通过赋值重新设置存储的值。

程序清单14.19 pairs.cpp

// pairs.cpp -- defining and using a Pair template#include 
     
      #include 
      
       template 
       
        class Pair{private:    T1 a;    T2 b;public:    T1 & first();    T2 & second();    T1 first() const { return a; }    T2 second() const { return b; }    Pair(const T1 & aval, const T2 & bval) : a(aval), b(bval) { }    Pair() {}};template
        
         T1 & Pair
         
          ::first(){    return a;}template
          
           T2 & Pair
           
            ::second(){ return b;}int main(){ using std::cout; using std::endl; using std::string; Pair
            
              ratings[4] = { Pair
             
              ("The Purpled Duck", 5), Pair
              
               ("Jaquie's Frisco Al Fresco", 4), Pair
               
                ("Cafe Souffle", 5), Pair
                
                 ("Bertie's Eats", 3) }; int joints = sizeof(ratings) / sizeof (Pair
                 
                  ); cout << "Rating:\t Eatery\n"; for (int i = 0; i < joints; i ++) cout << ratings[i].second() << ":\t" << ratings[i].first() << endl; cout << "Oops! Revised rating:\n"; ratings[3].first() = "Bertie's Fab Eats"; ratings[3].second() = 6; cout << ratings[3].second() << ":\t " << ratings[3].first() << endl; return 0;}
                 
                
               
              
             
            
           
          
         
        
       
      
     

输出如下：

Rating:	 Eatery5:	The Purpled Duck4:	Jaquie's Frisco Al Fresco5:	Cafe Souffle3:	Bertie's EatsOops! Revised rating:6:	 Bertie's Fab Eats

 3.默认类型模板参数

类模板的另一项新特性是，可以为类型参数提供默认值：

template <class T1, class T2 = int> class Topo {...};

这样，如果省略T2的值，编译器将使用int：

Topo<double, double> m1;    // T1 is double, T2 is double

Topo<double> m2;        // T1 is double, T2 is int

14.4.6 模板的具体化

*** 隐式实例化、显式实例化和显式具体化。……

14.4.7 成员模板

……

14.4.8 将模板用作参数

模板可以包含类型参数（如typename T）和非类型参数（如int n）。模板还可以包含本身就是模板的参数，这种参数是模板新增的特性，用于实现STL。

template <template <typename T> class Thing>

class Crab

模板参数是template <typename T> class Thing，其中template <typename T> class 是类型，Thing是参数。

14.4.9 模板类和友元

……

14.4.10 模板别名

template<typename T>

  using arrtype = std::arrat<T,12>;    // template to create multiple aliases

这将arrtype定义为一个模板别名，可使用它来指定类型，如下所示：

arrtype<double> gallons;    // gallons is type std::array<double, 12>

arrtype<int> days;        // days is type std::array<int, 12>

arrtype<std::string> months;    // months is type std::array<std::string, 12>

C++11允许将语法using=用于非模板。用于非模板时，这种语法与常规typedef等价：

typedef const char * pc1;

using pc2 = const char *;

typedef const int *(*pa1)[10];

using ps2 = const int *(*)[10];