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类模板的语法

news 2025/7/10 12:15:18

1. 什么是类模板

类模板（class template）是 “类型的模板”——它将一个或多个类型参数或非类型参数抽象出来，让一个“通用的类框架”能在编译期被实例化成针对不同类型或不同值的具体类。
作用：通用代码复用、静态多态、在容器／工具类实现中最常见。

2. 基本语法

// 声明一个带 1 个类型参数 T 的类模板
template <typename T>        
class MyClass {
public:// 成员变量T value;// 构造函数MyClass(const T& v) : value(v) {}// 成员函数void print() const {std::cout << value << std::endl;}
};

template <typename T>：告诉编译器，接下来定义的是一个类模板，T 是一个占位类型。
MyClass<T>：当你写 MyClass<int> 时，编译器会 生成一个名为 MyClass 的实际类。

3. 如何使用（实例化）

int main() {// 1) 指定类型参数MyClass<int>  mi(42);mi.print();             // 输出 42MyClass<std::string> ms("Hello");ms.print();             // 输出 Hello// 2) C++17 结构化绑定 + CTAD（类模板参数推导）MyClass m2(3.14);       // 自动推断 T 为 doublem2.print();             // 输出 3.14
}

显式实例化：MyClass<int>／MyClass<std::string> 都是针对不同类型生成的“真实类”。
CTAD（Class Template Argument Deduction）：C++17 起，如果构造函数参数能唯一推断模板参数，就可以省略 <...>。

4. 多模板参数与非类型模板参数

4.1 多类型参数

template <typename Key, typename Value>
class Pair {
public:Key   first;Value second;Pair(const Key& k, const Value& v) : first(k), second(v) {}
};

使用：

Pair<std::string,int>  p("age", 30);
std::cout << p.first << ": " << p.second << std::endl;

4.2 非类型模板参数

// size 是一个整型常量（编译期已知）
template <typename T, int size>
class FixedArray {T data[size];
public:T& operator[](int i) { return data[i]; }int getSize() const { return size; }
};

使用：

FixedArray<double, 5> arr;
for(int i = 0; i < arr.getSize(); ++i)arr[i] = i * 1.1;

5. 模板的实现分离

头文件：.hpp 或 .h 中同时放声明和定义，或者
.h：声明 + #include "MyClass.tpp"
.tpp：模板定义（实现）
因为模板必须在使用点可见实现，才能实例化。

// MyClass.hpp
#pragma once
template<typename T>
class MyClass {T v;
public:MyClass(const T&);void print() const;
};
#include "MyClass.tpp"// MyClass.tpp
#include <iostream>
template<typename T>
MyClass<T>::MyClass(const T& _v) : v(_v) {}
template<typename T>
void MyClass<T>::print() const {std::cout << v << std::endl;
}

6. 模板特化

6.1 完全特化（full specialization）

对某个具体类型做专门实现：

// 通用版本
template<typename T>
struct TypeName { static std::string name() { return "Unknown"; } };// 针对 int 完全特化
template<>
struct TypeName<int> { static std::string name() { return "int"; } };// 用法
std::cout << TypeName<double>::name(); // Unknown
std::cout << TypeName<int>::name();    // int

6.2 偏特化（partial specialization）

对一组类型做专门实现（只针对模板类，函数模板不支持偏特化）：

// 针对指针类型的偏特化
template<typename T>
struct TypeName<T*> {static std::string name() { return TypeName<T>::name() + "*"; }
};// 用法
std::cout << TypeName<int*>::name();   // int*

7. 模板模板参数（更高级）

允许把“模板本身”作为参数：

template< template<typename> class Container, typename T >
class Wrapper {Container<T> c;
public:void add(const T& v) { c.insert(c.end(), v); }
};// 使用 vector 作为 Container 模板
Wrapper<std::vector, int> w;
w.add(10);