在前面我們介紹了《C++之函數(shù)模板》

今天我們繼續(xù)來介紹模板的另外一種形式：類模板。

與模板函數(shù)相似，類也可以被一種或多種類型參數(shù)化，標(biāo)準(zhǔn)庫中的容器類就是一個(gè)具有這種特性的典型例子。

類模板的聲明

我們通過一段例子代碼了解一下類模板的聲明：

// 類模板聲明
template <typename T>
class MyClass{
public:
    T getT();
    void setT(T t);
private:
    T t;
};
// 類成員函數(shù)實(shí)現(xiàn)
template<typename T>
T MyClass<T>::getT() {
    return t;
}

template<typename T>
void MyClass<T>::setT(T t) {
    this->t = t;
}

int main(int argc, char* argv[]) {
    // 類模板使用
    MyClass<int> myClass;
    myClass.setT(10);
    std::cout << "myClass:" << myClass.getT() << std::endl;
    return 0;
}

首先也是使用關(guān)鍵字template和關(guān)鍵字typename對(duì)類模板進(jìn)行聲明，當(dāng)我們將一個(gè)類聲明為類模板之后，模板參數(shù)T可以像其他任何類型一樣，用于聲明成員變量和成員函數(shù)。

類模板的成員函數(shù)

通過上面的實(shí)例代碼，我們看到在類模板的聲明內(nèi)部函數(shù)時(shí)如果用到模板參數(shù)T，則不用再次使用template<typename T>，但是當(dāng)實(shí)現(xiàn)類模板的內(nèi)部函數(shù)時(shí)，如果用到了模板參數(shù)T，則還需要在函數(shù)的上方 使用template<typename T>進(jìn)行標(biāo)記。

也即是說為了定義類模板的成員函數(shù)，你必須指定該成員函數(shù)是一個(gè)函數(shù)模板，而且你還需要使用這個(gè)類模板的完整類型限定符。

或許你覺得每次定義類模板的內(nèi)部函數(shù)都要使用到模板聲明，當(dāng)內(nèi)部函數(shù)較多時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生非常多的不必要的聲明，此時(shí)我們可以直接在類的內(nèi)部聲明加定義同時(shí)實(shí)現(xiàn)：

// 類模板聲明
template <typename T>
class MyClass{
public:
    // 聲明加定義
    T getT(){
        return t;
    }
    // 聲明加定義
    void setT(T t){
        this->t = t;
    }
private:
    T t;
};

在類模板中只有那些被調(diào)用的成員函數(shù)，才會(huì)產(chǎn)生這些函數(shù)的實(shí)例化代碼。對(duì)于類模板，成員函數(shù)只有在被使用的時(shí)候才會(huì)被實(shí)例化。 顯然，這樣可以節(jié)省空間和時(shí)間；另一個(gè)好處是：對(duì)于那些“未能提供所有成員函數(shù)中所有操作的”類型，你也可以使用該類型來實(shí)例化類模板， 只要對(duì)那些“未能提供某些操作的”成員函數(shù)，模板內(nèi)部不使用即可。

類模板的特例化

同模板函數(shù)的特化一樣，你可以用模板實(shí)參來特化類模板，和函數(shù)模板的重載類似，通過特化類模板，我們可以優(yōu)化基于某種特定類型的實(shí)現(xiàn)。

在類模板的特化過程中有兩個(gè)步驟：

• 在類的起始處聲明一個(gè)template<>，接下來聲明用來特化類模板的類型。這個(gè)類型被用作模板實(shí)參，且必須在類名的后面直接指定。
• 進(jìn)行類模板的特化時(shí)，每個(gè)成員函數(shù)都必須重新定義為普通函數(shù)，原來模板函數(shù)中的每個(gè)T也相應(yīng)地被進(jìn)行特化的類型取代。

下面是一個(gè)模板類特化的例子：

// 類模板聲明
template <typename T>
class MyClass{
public:
    // 聲明加定義
    T getT(){
        return t;
    }
    // 聲明加定義
    void setT(T t){
        this->t = t;
    }
private:
    T t;
};

// 類模板聲明
template <>
class MyClass<std::string>{
public:
    // 聲明加定義
    std::string getT(){
        return t;
    }
    // 聲明加定義
    void setT(std::string t){
        std::cout << "調(diào)用特化類模板 setT" << std::endl;
        this->t = t;
    }
private:
    std::string t;
};

int main(int argc, char* argv[]) {
    // 類模板使用
    MyClass<std::string> myClass;
    myClass.setT("hello word");
    std::cout << "myClass:" << myClass.getT() << std::endl;
    return 0;
}

模板源碼組織模式

模板源碼的組織模式有好多種，這里只介紹兩種常用的:分別是包含模式和關(guān)鍵字export的分離模式。

包含模式可以說是最常用也是最推薦的一種模式。這種模式就是將模板類的聲明和定義都放在同一個(gè)文件中，這個(gè)文件一般是擴(kuò)展名為.hpp的文件。

下面是一個(gè)類模板聲明定義和使用分開在不同文件的例子：

MyClass.hpp
#include <iostream>
#include <memory>
// 類模板聲明
template <typename T>
class MyClass{
public:
    // 聲明
    T getT();

    void setT(T t);
private:
    T t;
};

template<typename T>
T MyClass<T>::getT() {
    return t;
}

template<typename T>
void MyClass<T>::setT(T t) {
    this->t = t;
}

在main函數(shù)中使用模板main.cpp:

main.cpp

#include <iostream>
#include <memory>
#include "MyClass.hpp"
int main(int argc, char* argv[]) {
    // 類模板使用
    MyClass<std::string> myClass;
    myClass.setT("hello word");
    std::cout << "myClass:" << myClass.getT() << std::endl;
    return 0;
}

很明顯，包含模式因?yàn)榘祟惸０宓亩x實(shí)現(xiàn)，因而明顯增加了包含頭文件.hpp的開銷，這會(huì)導(dǎo)致大大增加了編譯復(fù)雜程序所耗費(fèi)的時(shí)間。 然而隨著現(xiàn)代的機(jī)器性能提升，這里帶來的編譯開銷基本可以忽略不計(jì)，因此這種模式成為了使用最多的模式。

下面我們?cè)賮砜纯搓P(guān)鍵字export的分離模式。

關(guān)鍵字export的功能使用是非常簡單的：在一個(gè)文件里面定義模板，并在模板的定義和（非定義的）聲明的前面加上關(guān)鍵字export。

還是以上面的代碼為例：

(1) MyClass.h

#include <iostream>
#include <memory>
// 類模板聲明
export template <typename T>
class MyClass{
public:
    // 聲明
    T getT();

    void setT(T t);
private:
    T t;
};

(2) MyClass.cpp

#include "MyClass.h"

export template<typename T>
T MyClass<T>::getT() {
    return t;
}

export template<typename T>
void MyClass<T>::setT(T t) {
    this->t = t;
}

以上代碼能否編譯通過取決于你的編譯器，大部分是無法編譯通過的，這代碼和包含模式對(duì)比起來是不是有一種脫褲子放屁的感覺？

看起來關(guān)鍵字export的分離模式更加符合C++源碼組織習(xí)慣，為什么這種寫法再C++的模板沒有流行起來呢？ 這是因?yàn)樵贑++標(biāo)準(zhǔn)推出幾年之后，也就只有極少的公司真正提供了對(duì)export關(guān)鍵字的支持。于是，export這個(gè)特性未能像其他C++特性那樣廣為流傳， 這就使得程序員在很多編譯器下都不能正常使用export的分離模式。