类模板机制
1. 基本概念
是对一批仅仅成员数据类型不同的类的抽象，程序员只要为这一批类所组成的整个类家族创建一个类模板，给出一套程序代码，就可以用来生成多种具体的类。
总结以下两点：
1）类模板用于实现类所需数据的类型参数化。
2）类模板在表示如数组、表、图等数据结构显得特别重要，这些数据结构的表示和算法不受所包含的元素类型的影响。
类模板基本语法举例：
// 参数化一个类型T，允许参数化多个类型
template<typename T>
class A
{
public:
A(T t) { this->t = t; }
T &getT() { return t; }
public:
T t;
};
// 子类从模板类继承的时候,既可以派生类模板，也可以派生非模板类
// 1. 可以从类模板派生出非模板类，在派生中，作为非模板类的基类，必须是类模板实例化后的模板类
class B : public A<int>
{
public:
B(int i) : A<int>(i) {}
void printB() { cout << "A:" << t << endl; }
};
// 2. 从类模板派生类模板可以从类模板派生出新的类模板
template <class T>
class C : public A<T>
{
public:
C(T t) : A<T>(t) {}
};
int main()
{
A<int> a(100); // 需要提供类型参数
int x = a.getT();
B b(10);
b.printB();
C<int> c(10);
return 0;
}
2. 模板的编译过程
什么是编译单元：一个编译单元（translation unit）是指一个.cpp文件以及它所#include的所有.h文件，.h文件里的代码将会被扩展到包含它的.cpp文件里，
然后编译器编译该.cpp文件为一个.obj文件，并且本身包含的就已经是二进制码，但是不一定能够执行，因为并不保证其中一定有main函数。
什么是分离式编译：一个项目由若干个源文件共同实现，而每个源文件(.cpp)单独编译成目标文件(.obj)，最后将所有目标文件连接起来形成单一的可执行文件的过程。
下面举一个例子来说明：
test.h文件内容如下
void func(); // 声明一个函数 func
test.cpp文件内容如下：
#include "test.h"
//这里实现出 test.h 中声明的 func 函数
void func()
{
… // do something
}
main.cpp文件内容如下：
#include "test.h"
int main()
{
func(); // 调用func，func具有外部连接类型
return 0;
}
说明：test. cpp和main.cpp各自被编译成不同的.obj文件，在main.cpp中，调用了func函数，然而当编译器编译main.cpp时，它仅仅知道的只是
main.cpp中所包含的test.h文件中的一个关于void func();的声明，所以，编译器将这里的f看作外部连接类型，func的实现代码实际存在
于test.cpp所编译成的test.obj中。在main.obj中对f的调用只会生成一行call指令，链接器负责在其它的.obj中寻找func的实现代码，找
到以后将call func这个指令的调用地址换成实际的func的函数进入点地址。
然而，对于模板，模板函数的代码其实并不能直接编译成二进制代码，其中要有一个“实例化”的过程。举个例子(将模板的声明和实现分离)：
test.h文件内容如下：
template<class T>
class A
{
public:
void func(); // 这里只是个声明
};
test.cpp文件内容如下：
#include "test.h"
template<class T>
void A<T>::func() // 模板的实现
{
…//do something
}
main.cpp文件内容如下：
#include "test.h"
int main()
{
A<int> a;
a.func(); // #1
return 0;
}
说明：编译器在#1处并不知道A<int>::f的定义，因为它不在test.h里面，于是编译器只好寄希望于链接器，希望它能够在其他.obj里面找到A<int>::func的实例，
在本例中就是test.obj，然而，后者中真有A<int>::func的二进制代码吗？NO！！！因为C++标准明确表示，当一个模板不被用到的时侯它就不该被实例化出来，
test.cpp中用到了A<int>::func了吗？没有！！所以实际上test.cpp编译出来的test.obj文件中关于A::f一行二进制代码也没有，于是链接器就傻眼了，只好给
出一个链接错误。但是，如果在test.cpp中写一个函数，其中调用A<int>::func，则编译器会将其实例化出来，链接器就能够完成任务。
模板的二次编译：
1）非模板类在编译的时候就会被实例化出代码，但编译模板类则不是如此，C++标准明确表示当一个模板不被用到的时侯它就不该被实例化出来。
2）当编译到用模板类特例定义对象的代码时，如A<int> a; 此时编译器才会生成对应实例化类的二进制代码，即第二次编译。
3）第二次编译的时候如果该编译单元能访问到模板类的实现代码，则好说，否则只能等到链接，如果其它模块也没有实例化过该代码，则会链接出错。
解决办法：
1）模板类声明在test.h中，定义在main.cpp中，调用在main.cpp中，则能运行成功。
2）模板类声明在test.h中，定义在test.h中，调用在main.cpp中，则能运行成功，因为在预处理阶段会对头文件展开。
这里抛出一个问题：假如多个.cpp都定义了相同类型的对象，那编译器会在每个编译单元都会产生相同的代码吗？
答案：NO，编译器肯定不会那么蠢的，具体实现细节暂时不表。
3. 类模板中的友元函数
1）普通非模板类或函数的友元声明，将友元关系授予明确指定的类或函数。
template<class T>
class A
{
friend void func();
friend class B;
private:
T _a;
};
void func()
{
A<int> a1; // func()函数内可访问类A的任意实例
A<double> a2;
a1._a = 1;
a2._a = 1.0;
cout << a1._a << endl;
cout << a2._a << endl;
}
func可访问A任意类实例中的私有和保护成员。
2）类模板或函数模板的友元声明，授予对友元所有实例的访问权。
template<typename T>
class A
{
template<class T1>
friend void func();
private:
T _a;
};
template<typename T1>
void func()
{
A<int> a1;
A<double> a2;
a1._a = 1;
a2._a = 1.0;
cout << a1._a << endl;
cout << a2._a << endl;
}
void functest()
{
func<int>(); // func任意实例可访问类A的任意实例
func<double>();
}
我们模板类A中声明了模板函数func，两者拥有各自的模板形参T和T1，两者是互不影响的，所以在
这里对于func的所有实例（如func<int>，func<double>）对于A的所有实例（如A<int>,A<double>）中的私有或保护成员都可以进行访问。
3）只授予对类模板或函数模板的特定实例的访问权的友元声明。
template<typename T>
class A
{
friend void func<int>();
private:
T _a;
};
template<typename T1>
void func()
{
A<int> a1;
A<double> a2;
a1._a = 1;
a2._a = 1.0;
cout << a1._a << endl;
cout << a2._a << endl;
}
void functest()
{
func<int>();
// func<double>();
}
int main()
{
functest();
return 0;
}
在模板类A中我们声明了模板函数func实例化后的fun<int>的友元关系，因此我们在这里仅能够在func<int>中对模板类A中
的所有实例的私有或保护成员具有访问权限，而对于func<double>则不是模板类A的友元函数，不具有访问其实例的私有或保护成员的权限（编译会出错）。
4）对于3)的例子可以做一点修改
template<typename T>
class A
{
friend void func<T>(); // 这里是一个泛化的T类型
private:
T _a;
};
template<typename T1>
void func()
{
A<int> a1;
A<double> a2;
a1._a = 1;
a2._a = 1.0;
cout << a1._a << endl;
cout << a2._a << endl;
}
void functest()
{
func<int>();
func<double>();
}
int main()
{
functest();
return 0;
}
我们发现对于func<int>仅对模板类A的实例A<int>的私有或保护成员具有访问权限，对于A<double>则没有；而对于func<double>则反之。
总之，对于func的实例只对与它的模板实参一致的A实例有友元关系。
浙公网安备 33010602011771号