-- template 的用法
在程序设计当中经常会出现使用同种数据结构的不同实例的情况。例如:在一个程序中
可以使用多个队列、树、图等结构来组织数据。同种结构的不同实例,也许只在数据元素
的类型或数量上略有差异,如果对每个实例都重新定义,则非常麻烦且容易出错。那么能
否对同种类型数据结构仅定义一次呢?答案是肯定的,C++提供的类模板(Class Template
)就可以实现该功能。
一、类模板
类模板是C++提供的一种特殊机制,通过它我们可以定义一种特殊的类(称为模板类),在类
的定义中可以包含待定的类型参数,在声明类的实例时,系统会自动根据传递的类型生成
用户想要生成的类实例。下面是用C++实现的一个简单的模板类Clist的定义。
Template <class T, int I> class CList
{
public:
int SetItem(int Index, const T &Item);
int GetItem(int Index, T &Item);
private:
T Buffer;
}
在这里,T是类型参数,I是整型常量参数。T和I的实际值是在声明具体类实例时指定的。
模板类的<>号内可以包括任意个类型参数和常量参数(至少要有一个参数)。类型参数和
常量参数可以是任何合法的标准类型和用户自定义类型,包括简单类型及各种结构体。同
其他类一样,类成员函数SetItem的实现可以在类定义内完成,也可以在类CList定义处实
现:
template<class T, int I> int CList<T, I>::SetItem(int Index, const T &Item)
{
if ( (Index<0)||(Index>I-1) )
return 0; // 出错
Buffer[Index]= Item ;
return 1; // 成功
}
值得注意的是,在类定义外完成函数实现时,必须以关键字template和类模板定义中相同
的参数表(<>号内的)开头(上例为template<class T, int I>),并且范围分解操作符前的
类名后应跟上模板参数名清单(上例为CList<T, I>)。另外,与非模板类不同的是,必须将
函数实现包括在调用它的每个源文件中,使编译器能从函数实现产生代码。通常的做法是
将模板类的函数实现也放在定义该类的头文件中,这样只需在调用的源文件中包含该头文
件即可。
那么,如何使用生成特定的类实例呢?我们可以像使用其他类一样来使用模板类,不过必须
指定模板参数的值。例如采用如下声明:
CList <int, 100> IntList;
则使IntList成为CList类的实例,每次出现的T参数都换成int, 每次出现的I参数都换成
100。这样,IntList类中的Buffer就是一个长度为100的整型数组,SetItem和GetItem函数
参数是int值的引用。例:
IntList.SetItem(0, 5); //给数组第一个元素赋为整数5
模板类还可以像其他类一样可以定义构造函数和析构函数。下面我们以一种简单的数据
结构——堆栈为例,来说明如何用类模板来构造通用数据结构。
二、 利用类模板实现通用堆栈结构
任何抽象数据结构在计算机中的实现,归根结底都只有两种方式:顺序存储(用数组实现)
,链式存储(用指针实现)。堆栈也不例外,按其实现方式可分为顺序栈(用数组实现)和链
栈(用指针实现)。
1. 通用顺序栈的实现
因为顺序栈中的元素在空间上连续存储,栈顶的元素位置需要注明,所以构造顺序栈的模
板类应该有这样的一些成员变量:一个待定类型和长度的数组Buffer,一个记录栈顶元素
的数组下标的整型变量top。堆栈的基本操作主要有:入栈(Push)、出栈(Pop)、置空(Se
tEmpty)、判断当前状态(IsEmpty)等,它们应用模板类的成员函数来实现。作为一个标准
的类,它还应该有自己的构造函数和析构函数。具有这些功能的模板类,就可以作为一个
通用的顺序栈来使用了。该类的定义如下:
template <class T,int SIZE> class CArrayStackTemp
{
public:
CArrayStackTemp () //缺省构造函数,构造一个空堆栈
{
top= -1;
};
～ CArrayStackTemp (){};//析构函数
void SetEmpty (); //置空堆栈
bool IsEmpty(); //判断堆栈是否为空
bool Push(T element); //入栈
bool Pop(T& element);//出栈
private:
T Buffer[SIZE];
int top;
};
与堆栈的基本操作相对应的成员函数的实现如下:
template <class T, int SIZE> void CArrayStackTemp<T, SIZE>:: SetEmpty ()
{
top= -1; //将栈顶指针赋 -1,并不实际清除数组元素
}
template <class T, int SIZE> bool CArrayStackTemp<T, SIZE>:: IsEmpty ()
{
return(top == -1);
}
template <class T, int SIZE> bool CArrayStackTemp<T, SIZE>:: Push (T element
)
{
top++;
if (top>SIZE-1)
{
top--;
return false; //堆栈已满,不能执行入栈操作
}
Buffer[top]=element;
return true;
}
template <class T, int SIZE> void CArrayStackTemp<T, SIZE>:: Pop (T& element
)
{
if (IsEmpty())
return false;
element =Buffer[top];
top--;
return true;
}
根据实际需要,还可以扩充堆栈功能。例如:加入取栈顶元素、求堆栈长度等操作,其方法
如上。
2. 通用链栈的实现
模板类中允许使用指针和定义自己的结构,这就为实现链式结构提供了保证。这里采用一
个单链表来实现堆栈,栈顶指针指向链表的第一个结点,入栈和出栈均在链表的头进行。
该模板类的定义如下:
template <class T> class CLinkStackTemp
{