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第 10 章 模板. 10.1 模板的概念 10.2 函数模板 10.3 类模板 10.4 模板应用实例. 模板是 C++ 支持参数化多态的工具，使用模板可以使用户为类或者函数声明一种一般模式，使得类中的某些数据成员或者成员函数的参数、返回值取得任意类型。. 10.1 模板的概念. 所谓模板是一种使用无类型参数来产生一系列函数或类的机制，是 C++ 的一个重要特性。它的实现，方便了更大规模的软件开发。
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第10章模板 10.1 模板的概念 10.2 函数模板 10.3 类模板 10.4 模板应用实例
模板是C++支持参数化多态的工具，使用模板可以使用户为类或者函数声明一种一般模式，使得类中的某些数据成员或者成员函数的参数、返回值取得任意类型。模板是C++支持参数化多态的工具，使用模板可以使用户为类或者函数声明一种一般模式，使得类中的某些数据成员或者成员函数的参数、返回值取得任意类型。
10.1 模板的概念 所谓模板是一种使用无类型参数来产生一系列函数或类的机制，是C++的一个重要特性。它的实现，方便了更大规模的软件开发。 若一个程序的功能是对某种特定的数据类型进行处理，则可以将所处理的数据类型说明为参数，以便在其他数据类型的情况下使用，这就是模板的由来。模板是以一种完全通用的方法来设计函数或类而不必预先说明将被使用的每个对象的类型。通过模板可以产生类或函数的集合，使它们操作不同的数据类型，从而避免需要为每一种数据类型产生一个单独的类或函数。
例如，设计一个求两参数最大值的函数，不使用模板时，需要定义四个函数：例如，设计一个求两参数最大值的函数，不使用模板时，需要定义四个函数： int max(int a,int b){return(a>b)?a,b;} long max(long a,long b){return(a>b)?a,b;} double max(double a,double b){return(a>b)?a,b;} char max(char a,char b){return(a>b)?a,b;} 若使用模板，则只定义一个函数： Template<class type>type max(type a,type b) {return(a>b)?a,b;}
C++程序由类和函数组成，模板也分为类模板（class template）和函数模板（function template）。在说明了一个函数模板后，当编译系统发现有一个对应的函数调用时，将根据实参中的类型来确认是否匹配函数模板中对应的形参，然后生成一个重载函数。该重载函数的定义体与函数模板的函数定义体相同，它称之为模板函数（template function）。 同样，在说明了一个类模板之后，可以创建类模板的实例，即生成模板类。
10.2 函数模板 C++提供的函数模板可以定义一个对任何类型变量进行操作的函数，从而大大增强了函数设计的通用性。使用函数模板的方法是先说明函数模板，然后实例化成相应的模板函数进行调用执行。 10.2.1 函数模板说明 函数模板的一般说明形式如下： template < 模板形参表> <返回值类型> <函数名>（模板函数形参表） { //函数定义体 }
其中，<模板形参表>可以包含基本数据类型，也可以包含类类型。类型形参需要加前缀class。如果类型形参多于一个，则每个类型形参都要使用class。<模板函数形参表>中的参数必须是惟一的，而且<函数定义体>中至少出现一次。其中，<模板形参表>可以包含基本数据类型，也可以包含类类型。类型形参需要加前缀class。如果类型形参多于一个，则每个类型形参都要使用class。<模板函数形参表>中的参数必须是惟一的，而且<函数定义体>中至少出现一次。 函数模板定义不是一个实实在在的函数，编译系统不为其产生任何执行代码。该定义只是对函数的描述，表示它每次能单独处理在类型形式参数表中说明的数据类型。
例10-1：编写一个对具有n个元素的数组a[ ]求最小值的程序，要求将求最小值的函数设计成函数模板。 #include <iostream.h> template <class T> T min(T a[],int n) { int i; T minv=a[0]; for(i=1;i<n;i++) if(minv>a[i]) minv=a[i]; return minv; } void main() { ina a[]={1,3,0,2,7,6,4,5,2}; double b[]={1.2,-3.4,6.8,9,8}; cout<<”a数组的最小值为：” <<min(a,9)<< endl; cout<<”b数组的最小值为：” <<min(b,4)<<endl; } 此程序的运行结果为： a数组的最小值为：0 b数组的最小值为：-3.4
10.2.2 使用函数模板 函数模板只是说明，不能直接执行，需要实例化为模板函数后才能执行。 当编译系统发现有一个函数调用：<函数名>（<实参表>）；时，将根据<实参表>中的类型生成一个重载函数即模板函数。该模板函数的定义体与函数模板的函数定义体相同，而<形参表>的类型则以<实参表>的实际类型为依据。 在模板函数被实例化之前，必须在函数的某个地方首先说明它（可能不进行定义），这样，就可以到后面再定义模板。和一般函数一样，如果函数模板的定义在首次调用之前，函数模板的定义就是对它的说明。定义之后的首次调用就是对模板函数的实例化。
对模板函数的说明和定义必须是全局作用域。模板不能被说明为类的成员函数。对模板函数的说明和定义必须是全局作用域。模板不能被说明为类的成员函数。 模板函数有一个特点，虽然模板参数T可以实例化成各种类型，但是采用模板参数T的各参数之间必须保持完全一致的类型。模板类型并不具有隐式的类型转换，例如在int与char之间、float与int之间、float与double之间等的隐式类型转换。而这种转换在C++中是非常普遍的。 例10-2：函数模板仅定义了函数的形状，编译器将根据实际的数据类型参量在内部产生一个相应的参数模板，一个模板函数的数据类型参量必须全部使用模板形参。
函数模板方法克服了C语言解决上述问题时用大量不同函数名表示相似功能的坏习惯；克服了宏定义不能进行参数类型检查的弊端；克服了C++函数重载用相同函数名字重写几个函数的繁琐。因而，函数模板是C++中功能最强的特性之一，具有宏定义和重载的共同优点，是提高软件代码重用率的重要手段。函数模板方法克服了C语言解决上述问题时用大量不同函数名表示相似功能的坏习惯；克服了宏定义不能进行参数类型检查的弊端；克服了C++函数重载用相同函数名字重写几个函数的繁琐。因而，函数模板是C++中功能最强的特性之一，具有宏定义和重载的共同优点，是提高软件代码重用率的重要手段。
10.2.3 重载模板函数 模板函数与普通函数一样，也可以重载。 例10-3： 程序中函数char max（char *，char *）中的名字与函数模板的名字相同，但操作不同，函数体中的比较采用了字符串比较函数，这就是模板函数的重载。编译器在处理时，首先匹配重载函数，然后再寻求模板的匹配。
10.3 类模板 类模板与函数模板类似，它可以为各种不同的数据类型定义一种模板，在引用时使用不同的数据类型实例化该类模板，从而形成一个类的集合。 类模板实际上是函数模板的推广。可以用相同的类模板来组建任何类型的对象集合。在传统C++中，可能有一个浮点数类或者一个整数类，如果使用类模板，可以定义一个对两者都适用的类number。 10.3.1 类模板说明 类模板说明的一般形式是：
template <类型形参表> class <类名> { //类说明体 }； template <类型形参表> <返回类型> <类名> <类型名表>::<成员函数1>（形参表） { //成员函数定义体 } template <类型形参表> <返回类型> <类名> <类型名表>::<成员函数2>（形参表） { //成员函数定义体 } … template <类型形参表> <返回类型> <类名> <类型名表>::<成员函数n>（形参表） { //成员函数定义体 }
其中的<类型形参表>与函数模板中的意义一样。后面的成员函数定义中，<类型名表>是类型形参的使用。其中的<类型形参表>与函数模板中的意义一样。后面的成员函数定义中，<类型名表>是类型形参的使用。 这样的一个说明（包括成员函数定义）不是一个实实在在的类，只是对类的描述，称为类模板（class template）。类模板必须用类型参数将其实例化为模板类后，才能用来生成对象。一般地，其表示形式为： 类模板名 <类型实参> 对象名（值实参表） 其中类型实参表表示将类模板实例化为模板类时所用到的类型（包括系统固有的类型和用户已定义类型），值实参表表示将该模板类实例化为对象时其构造函数所用到的变量。一个类模板可以用来实例化多个模板类。
<类型形参表>中的形参要加上class关键词，类型形参可以是C++中的任何基本的或用户定义的类型。对在形参表中定义的每个类型，必须要使用关键词class。如果类型形参多于一个，则每个形参都要使用关键词class。<类型形参表>中的形参要加上class关键词，类型形参可以是C++中的任何基本的或用户定义的类型。对在形参表中定义的每个类型，必须要使用关键词class。如果类型形参多于一个，则每个形参都要使用关键词class。 <类型形参表>也可以包含表达式参数，表达式参数经常是数值。对模板类进行实例化时给这些参数所提供的变量必须是常量表达式。类模板参数列表决不能是空的，如果其中有一个以上的参数，则这些参数必须要用逗号分开。
如： template <class T1,int exp1,class T2> class someclass { // }; 类模板someclass的第二个参数是表达式，而第一和第三个参数是占位符。 类模板的成员函数的体外，每个前面都必须用与声明该类模板一样的表示形式加以声明，其他部分同一般的成员函数定义。
10.3.2 使用类模板 与函数模板一样，类模板不能直接使用，必须先实例化为相应的模板类，定义该模板类的对象后才能使用。 建立类模板后，可用下列方式创建类模板的实例： <类名> <类型实参表> <对象表>； 其中，<类型实参表>应与该类模板中的<类型形参表>匹配。<类型实参表>是模板类（template class），<对象>是定义该模板类的一个对象。 使用类模板可以说明和定义任何类型的类。这种类被称为参数化的类。如果说类是对象的推广，那么类模板可以说是类的推广。 注意：类模板与模板类的区别 。
