理解C++之類模板
在前面我們介紹了《C++之函數模板》
今天我們繼續來介紹模板的另外一種形式：類模板。
與模板函數相似，類也可以被一種或多種類型參數化，標準庫中的容器類就是一個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;
};
// 類成員函數實現
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;
}首先也是使用關鍵字template和關鍵字typename對類模板進行聲明，當我們將一個類聲明為類模板之后，模板參數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。
類模板的成員函數
通過上面的實例代碼，我們看到在類模板的聲明內部函數時如果用到模板參數T，則不用再次使用template<typename T>，但是當實現類模板的內部函數時，如果用到了模板參數T，則還需要在函數的上方 使用template<typename T>進行標記。
也即是說為了定義類模板的成員函數，你必須指定該成員函數是一個函數模板，而且你還需要使用這個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部函數都要使用到模板聲明，當內部函數較多時，則會產生非常多的不必要的聲明，此時我們可以直接在類的內部聲明加定義同時實現：
// 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用的成員函數，才會產生這些函數的實例化代碼。對于類模板，成員函數只有在被使用的時候才會被實例化。 顯然，這樣可以節省空間和時間；另一個好處是：對于那些“未能提供所有成員函數中所有操作的”類型，你也可以使用該類型來實例化類模板， 只要對那些“未能提供某些操作的”成員函數，模板內部不使用即可。
類模板的特例化
同模板函數的特化一樣，你可以用模板實參來特化類模板，和函數模板的重載類似，通過特化類模板，我們可以優化基于某種特定類型的實現。
在類模板的特化過程中有兩個步驟：
- 在類的起始處聲明一個template<>，接下來聲明用來特化類模板的類型。這個類型被用作模板實參，且必須在類名的后面直接指定。
- 進行類模板的特化時，每個成員函數都必須重新定義為普通函數，原來模板函數中的每個T也相應地被進行特化的類型取代。
下面是一個模板類特化的例子：
// 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文件中，這個文件一般是擴展名為.hpp的文件。
下面是一個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，包含模式因為包含了類模板的定義實現，因而明顯增加了包含頭文件.hpp的開銷，這會導致大大增加了編譯復雜程序所耗費的時間。 然而隨著現代的機器性能提升，這里帶來的編譯開銷基本可以忽略不計，因此這種模式成為了使用最多的模式。
下面我們再來看看關鍵字export的分離模式。
關鍵字export的功能使用是非常簡單的：在一個文件里面定義模板，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比起來是不是有一種脫褲子放屁的感覺？
看起來關鍵字export的分離模式更加符合C++源碼組織習慣，為什么這種寫法再C++的模板沒有流行起來呢？ 這是因為在C++標準推出幾年之后，也就只有極少的公司真正提供了對export關鍵字的支持。于是，export這個特性未能像其他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。
