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6.1模板的概念6.2函数模板6.3类模板6.4编程示例:栈模板6.5泛型编程第6章模板6.1模板的概念6.1.1什么是模板在编程中程序员经常会遇到这样的情况，对于不同数据类型的参数虽然需要实现相似的函数功能，例如编写求两个整型数据中最大值的函数与求两个实型数据最大值的函数，它们的程序逻辑相同，程序代码也相同，只是它们的参数类型与返回值类型不同。对这样的情况，在C语言中程序员不得不定义两个函数，然后将程序代码重复书写一遍。同样有时也会遇到具有类似功能的类，例如一个整型数据集合的类与实型数据集合的类，它们实现的功能相同，但存储的数据类型不同。对于上面的情况，C++语言中可以使用模板来避免在程序中多次书写相同的代码。模板是一种描述函数或类的特性的蓝图。可以从一个函数模板生成多个函数或从一个类模板生成多个类。建立一个模板后，编译器将根据需要从模板生成多份代码。6.1.2模板的基本语法C++语言中使用关键字template开始一个模板的声明，模板声明的一般形式为：template模板参数表说明体模板参数表可以包含一个或多个模板参数声明，如果有多个模板参数，参数与参数之间以逗号隔开。例如带有一个参数的模板可以以下述形式开头：templateclassTclass表示参数T是一个数据类型。在使用该模板时，T可以用用户定义的数据类型，也可以用C++语言固有的数据类型，如int、float等替换。这里的class与类定义中的class没有关系。参数标识符T也可以用其它的任何标识符来表示，例如：templateclassfirst通常的习惯是，表示数据类型的参数用T打头，后跟表示该参数的含义的英文单词，T表示英文Type。多个参数的模板声明的格式为：templateclassT1,classT2类模板参数除了可以是数据类型外，还可以是其它类型的数据，例如整型数据：templateclassT,intsize参数的具体使用方法将在下面两节中详细介绍。6.2函数模板6.2.1函数模板的定义不管它们的性质如何，所有的函数模板都具有同样的基本格式：template参数说明函数头函数体例如，下面是一个单参数的模板的声明：templateclassTvoidf(Tparam){//此处为函数体}template关键字和尖括号中的classT一起开始了模板的构造。下面的函数头函数体中的T在使用时将被指定的类型标识符替代。模板中的每个参数在函数参数表中必须至少使用一次。下面的声明是不允许的：templateclassT1,classT2voidf(T1param){//...函数体}这个函数模板声明了两个参数T1和T2，但是函数本身却只使用了T1来定义param。正确的声明应该是在函数参数表中至少使用T1和T2各一次：templateclassT1,classT2voidf(T1param1,T2param2){//...函数体}下面是一个模板声明的程序源文件，读者可以将它输入命名为minmax.h，以便在需要时使用。通常的习惯是，将模板放在头文件中声明，以便不同的程序文件可以共享。目前的编译器一般不支持将函数模板的声明与函数模板的函数体部分分别存放，生成独立的函数库文件，然后使用（普通函数可以在头文件中声明原型，函数实现放在独立的源文件中，编译生成函数库，在使用时只需要头文件中函数原型声明，而不需要函数实现的源代码）。#ifndefMINMAX_H#defineMINMAX_H//避免重复包含本文件templateclassTTmax(Ta,Tb){return(ab)?a:b;}templateclassTTmin(Ta,Tb){return(ab)?a:b;}templateclassTintinrange(Ta,Tb,Tc){return(b=a)&&(a=c);}#endif该程序中声明并实现了三个函数模板，每个模板都以下面的声明开始：templateclassT在这个声明中，T是对象的类型，该对象由函数对其进行操作。下面的程序使用了上面定义的模板，从中可以看出如何使用函数模板：#includeiostream.h#include“minmax.h”intmain(){inta=123,b=456;coutmin(123,456)=min(a,b)'\n';coutmax(123,456)=max(a,b)'\n';doublec=3.14159,d=9.87654;coutmin(3.14159,9.87654)=min(c,d)'\n';coutmax(3.14159,9.87654)=max(c,d)'\n';shorts1=10,low=5,high=15;couts1=s1'\n';if(inrange(s1,low,high))coutlow=s1=high'\n';elsecouts1isnotwithinrangelowtohigh\n;return0;}从程序中可以看出，函数模板在使用时并没有显式地指明其参数，程序中有两处用到min模板，编译器根据参数的数据类型进行匹配。第一次使用min模板，其参数为整型数据，编译器从模板生成下面形式的函数：intmin(int,int);第二次使用参数为双精度型数据，编译器从模板生成下面形式的函数：doublemin(double,double);这里编译器使用了函数的重载机制生成两个同名的函数，它们的参数形式不同，因此无须显式声明在套用模板时如何给定模板的参数。*6.2.2重设模板函数前面的例子演示了如何定义一个函数模板以及如何使用，但有时可能需要替换已定义的模板，请看下面的例子：#includeminmax.h#includeiostream.hvoidmain(){char*first=first;char*second=second;coutmax(first,second);}根据已定义的模板，编译器将从模板生成下面的函数：char*max(char*a,char*b){return(ab)?a:b;}程序在执行的过程中将比较两个指针参数的值，而不是比较指针所指向的字符串，对char*类型的参数不能套用函数模板。C++语言允许在定义了一个模板后以特定的函数来替换模板，为修复上面程序的缺陷，可重新编写一个字符串求最大值的函数来代替含模板生成的函数。下面是修改后的程序代码：#includeminmax.h#includeiostream.h#includestring.hchar*max(char*a,char*b){returnstrcmp(a,b)0?a:b;}voidmain(){char*first=first;char*second=second;coutmax(first,second);}现在编译器在编译表达式max(first,second)时，不再从max模板生成函数，而直接使用程序中定义的求字符串类型数据最大值的函数。如果模板所产生的函数版本不能达到预期的结果，那么就可以使用上面的技术来替换模板。*6.2.3显式和隐式的模板函数前面的例子中，编译器在由函数模板生成函数时根据程序中函数调用的参数类型进行匹配，生成的函数原型完全由编译器决定，无须在程序中显式声明。这种隐式生成的模板函数编译器对参数类型进行精确匹配，不进行任何隐含的类型转换。看下面的程序片断：templateclassTTmax(Ta,Tb){return(ab)?a:b;}voidf(inti,charc){max(i,i);//调用max(int,int)max(c,c);//调用max(char,char)max(i,c);//没有匹配的max(int,char)max(c,i);//没有匹配的max(char,int)}这段代码在编译时将会产生以下的错误信息：Couldnotfindamatchfor'max(int,char)'infunctionf(int,char)Couldnotfindamatchfor'max(char,int)'infunctionf(int,char)intmax(int,int);//显式声明max(int,int)voidf(inti,charc){max(i,i);//调用max(int,int)max(c,c);//调用max(char,char)max(i,c);//调用max(int,int)max(c,i);//调用max(int,int)}通过显式声明模板函数，编译器对不能从模板进行精确匹配的调用试图以显式声明的函数原型进行匹配，这里将函数调用表达式max(i,c)和max(c,i)中的c隐含转换为整型数据后传递给max。如果用通常的方法定义一个原型为intmax(int,int)的函数，语句max(i,c)和max(c,i)将可以正常编译，变量c被隐含地转换为整型数据后传递给max函数。对于上面的这种情况，可以通过显式地声明从模板生成的函数原型来解决：templateclassTTmax(Ta,Tb){return(ab)?a:b;}*6.3类模板6.3.1类模板的定义与使用类模板定义了类的模式。例如前面提到的整型数据元素集合和实型数据元素集合的例子，它们实现的功能相同，不同的只是其存储的数据类型不同。将其定义为类模板，模板的参数为该数据类型，可以由它来生成整型集合类和实型集合类。下面通过一个简单的例子来介绍如何定义和使用类模板。#includeiostream.htemplateclassTclassVector{T*data;intsize;public:Vector(int);~Vector(){delete[]data;}T&operator[](inti){returndata[i];}};templateclassTVectorT::Vector(intn){data=newT[n];size=n;}intmain(){Vectorintx(5);for(inti=0;i5;i++)x[i]=i;for(inti=0;i5;i++)coutx[i]'';cout'\n';return0;}这个例子中定义了一个类模板Vector，它有一个类型参数T，类定义的模板声明由templateclassT开始，下面的类声明部分与普通类声明的方法相同，只是在部分地方用参数T表示数据类型。模板类的每一个非内置函数的定义是一个独立的模板，同样以templateclassT开始，函数头中的类名由模板类名加模板参数构成，如例子中的VectorT。模板类在使用时与函数模板不同，函数模板无须显式指明使用模板时的参数（使用了函数重载机制），模板类在使用时必须指明参数，形式为：模板类名模板参数表。例子中的Vectorint即是如此，编译器根据参数int生成一个int的Vector类，理解程序时可以将Vectorint看成是一个完整的类名。在使用时Vector不能单独出现，它总是和尖括号中的参数表一起出现。6.3.2类模板参数上面的例子中模板只有一个表示数据类型的参数，多个参数以及其它类型的参数也是允许的。请看下面的例子：templateclassT,intsize=maxCardclassSet{Telems[size];//存储元素的数组intcard;//集合中元素的个数public:voidEmptySet(){card=0;}BoolMember(T);ErrCodeAddElem(T);voidRmvElem(T);voidCopy(SetT,size*);BoolEqual(SetT,size*);voidPrint();voidIntersect(SetT,size*,