前面我們介紹了函數(shù)模板。今天我們來看看C++的另一種泛型：類模板。C++中類模板通常是容器(如std::vector)或行為的封裝(如之前我們實(shí)現(xiàn)的chan<T>類)。類模板語法：

template < parameter-list > class-declaration

構(gòu)成類模板的形參(parameter-list)約束與函數(shù)模板相同，此處就不贅述了。與函數(shù)模板的類型自動推演不同，類模板實(shí)例化時，需要顯式指定:

std::vector<int> intArr;

一、成員函數(shù)

與函數(shù)模板一樣，類模板只是定義了一組通用的操作，在具體實(shí)例化前是不占用程序空間的。這種Lazy特性在類模板中得到了進(jìn)一步地加強(qiáng)：成員函數(shù)(含成員函數(shù)模板)只有在使用時才生成。

template<typename T>
class A {
    T a_;
public:
    void add(int n) {
        a_ += n;
    }
};

class M{};

int main() {
    A<M> s;      // s未用到add函數(shù)，因此整個程序得以成功編譯
   // s.add(1);  // 如果有這句話，則會編譯失敗
}

本例中，A<T>::add在變量s中未使用到，因此雖然a_ += n不合法，但整個程序仍然通過了編譯。

1.1 虛函數(shù)

在函數(shù)模板中我們提到虛函數(shù)不能是函數(shù)模板，那么在類模板中可以有虛函數(shù)嗎？答案是肯定的，類模板中可以有虛函數(shù)，虛函數(shù)在類模板實(shí)例化為模板類時由編譯器生成，因此其實(shí)現(xiàn)必須是合法的，否則即使未被使用到，也會編譯失敗。類模板的虛函數(shù)可以訪問模板類中的泛型成員(變量、成員函數(shù)模板都可以訪問)。

#include <iostream>
template<typename T>
class A {
    T a_;
public:
    virtual void say() {
        std::cout << "a -> " << a_ << std::endl;
    }
};

class M{};

int main() {
    // 盡管say函數(shù)未被使用，此處會編譯仍會失敗，因?yàn)閟td::cout << m.a_操作是非法的
    A<M> m;
}

1.2 成員函數(shù)模板

類模板和函數(shù)模板結(jié)合就是成員函數(shù)模板。

#include <iostream>
template<typename T>
class Printer {
    T prefix_;
public:
    explicit Printer(const T &prefix):prefix_(prefix){
    }
    // 成員函數(shù)模板
    template<typename U, typename ...Args> void print(const U &u, Args... args);
    void print() {
        std::cout << std::endl;
    }
};

template<typename T> template<typename U, typename ...Args>
void Printer<T>::print(const U &u, Args... args) {
    std::cout << this->prefix_ << u << std::endl;
    print(args...);
}

二、類模板特化與偏特化

模板特化是指定類模板的特定實(shí)現(xiàn)。是針對某類型參數(shù)的特殊化處理。假設(shè)我們有一個類模板Stack<T>，它有一個功能：min(取Stack的最小值)，則該類模板的典型實(shí)現(xiàn)如下：

template<typename T>
struct StackItem {
    StackItem *next;
    T item;
};
template<typename T>
class Stack {
    StackItem<T> *front = nullptr;
public:
    T min() const {
        assert(front != nullptr);
        T min = front->item;
        for (StackItem<T> *it = front->next; it != nullptr; it = it->next) {
            if (it->item < min) {
                min = it->item;
            }
        }
        return min;
    }
};

Stack<T>::min所需滿足的契約是：T需支持小于操作(operator <)。但有些類型無法滿足該要求，如const char *。如果Stack<T>要支持const char *的話，則需要特化。

template<>
class Stack<const char *>  // 類名后面，跟上<...>，則表明是特化
{
    StackItem<const char *> *front = nullptr;
public:
    const char * min() const {
        assert(front != nullptr);
        const char * min = front->item;
        for (StackItem<const char *> *it = front->next; it != nullptr; it = it->next) {
            if (strcmp(it->item, min) < 0) {
                min = it->item;
            }
        }
        return min;
    }
};

2.1 偏特化

偏特化也叫部分特化，指的是當(dāng)類模板有一個以上模板參數(shù)時，我們希望能對某個或某幾個模板實(shí)參進(jìn)行特化。類模板的特化(或偏特化)只需要模板名稱相同并且特化列表<>中的參數(shù)個數(shù)與原始模板對應(yīng)上即可，模板參數(shù)列表不必與原始模板相同模板名稱相同。一個類模板可以有多個特化，與函數(shù)模板相同，編譯器會自動實(shí)例化那個最特殊的版本。

類模板特化和偏特化

三、類模板中的static成員

類模板中可以聲明static成員。但需要注意的是每個不同模板實(shí)例都會有一個獨(dú)立的static成員變量。

template<typename T>
class A {
public:
    static int count;
};
template<typename T> int A<T>::count = 1;

則A<int>::count與A<double>::count是不同的兩個變量。

3.1 類模板中static成員的特化

static成員也可以進(jìn)行特化

// template<typename T> A {...};  // 見上面的定義
template<> int A<const char *>::count = 100;

則A<const char *>::count的值被值始化為100，而以其它類型進(jìn)行實(shí)例化時則初始化為1。

四、友元

友元在C++中做為一個BUG式的存在，可以授權(quán)“好友”訪問其隱私數(shù)據(jù)。

template<typename T> class A;  //  前置聲明，在B中聲明友元需要的

template<typename U>
class B {
    // 每個B的實(shí)例將授權(quán)相同類型實(shí)例化的A
    friend class A<U>;
    // C的所有實(shí)例都是B的友元，該種情況下C無需前置聲明
    template<typename T> fiend class C;
    // 普通類
    friend class D;
    // 模板自己的類型參數(shù)成為友元
    friend U;
};

五、總結(jié)

本節(jié)簡單介紹了類模板，由于篇幅限制不能一一展開，如有疏漏歡迎批評指正。