C++类模板怎样声明和使用 实现容器类等通用数据结构

类模板是c++++中用于实现通用数据结构的关键工具，它允许编写一个类并将具体数据类型延迟到实例化时指定。1. 类模板是一个生成特定类型类的“蓝图”，通过关键字template配合类型参数声明；2. 声明语法为template class 类名，并可使用多个类型参数；3. 模板定义和实现通常需放在头文件中以便编译器生成具体类；4. 使用类模板时需在声明对象时指定具体类型，如myarray arr(10)；5. 实际应用包括实现动态数组等容器类，自动管理内存并处理不同数据类型。

在C++中，类模板是实现通用数据结构（比如容器类）的关键工具。它允许我们编写一个类，而将具体的数据类型延迟到实例化时再指定。这样就可以用同一套逻辑处理不同的数据类型，非常适用于实现像动态数组、链表、队列这类通用结构。

什么是类模板？

类模板本质上是一个“蓝图”，用来生成特定类型的类。和函数模板类似，但它是针对类的。声明类模板使用关键字 template，并配合一个或多个类型参数。

举个最简单的例子：

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template 
class MyArray {
private:
    T* data;
    int size;
public:
    MyArray(int s) : size(s) {
        data = new T[size];
    }
    ~MyArray() { delete[] data; }
    T& operator[](int index) { return data[index]; }
};

这个类可以用来创建 MyArray、MyArray<:string> 等不同类型的数组对象。

如何声明一个类模板？

声明类模板的基本语法如下：

template 
class 类名 {
    // 类定义
};

• template 是模板声明部分。
• T 是一个占位符类型名，可以在类体内作为变量类型使用。
• 你也可以使用多个类型参数，比如：template

注意点：

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• 模板的定义和实现通常都要写在头文件中，因为编译器需要看到完整的模板代码才能生成具体的类。
• 如果你把实现放在 .cpp 文件里，链接时可能会报错。

如何使用类模板？

使用类模板就是在声明对象的时候指定具体的类型：

MyArray arr(10);
arr[0] = 42;
std::cout << arr[0] << std::endl;

这里 MyArray 就是根据模板生成的一个具体类。

常见问题：

• 实例化时必须显式指定类型，除非编译器能通过构造函数推导出来（C++17后支持类模板参数推导）
• 不同类型之间不会共享状态，每个实例都是独立的

类模板的实际应用：实现一个简单容器类

假设我们要实现一个简单的动态数组容器，它可以自动扩容。可以用类模板来实现：

template 
class DynamicArray {
private:
    T* elements;
    int capacity;
    int count;

public:
    DynamicArray(int cap = 4) : capacity(cap), count(0) {
        elements = new T[capacity];
    }

    ~DynamicArray() {
        delete[] elements;
    }

    void add(const T& value) {
        if (count == capacity) {
            resize();
        }
        elements[count++] = value;
    }

    T& get(int index) {
        return elements[index];
    }

    int length() const {
        return count;
    }

private:
    void resize() {
        capacity *= 2;
        T* newElements = new T[capacity];
        for (int i = 0; i < count; ++i) {
            newElements[i] = elements[i];
        }
        delete[] elements;
        elements = newElements;
    }
};

这个类可以用来存储任意类型的数据，并且会自动管理内存和扩容。

你可以这样使用它：

DynamicArray names;
names.add("Alice");
names.add("Bob");

for (int i = 0; i < names.length(); ++i) {
    std::cout << names.get(i) << std::endl;
}

总结一下关键点

• 类模板使用 template 声明
• 实现尽量放在头文件中
• 使用时要指定具体类型
• 可以用于构建通用数据结构，如动态数组、栈、队列等
• C++标准库中的 std::vector、std::list 等就是基于模板实现的容器

基本上就这些了。掌握好类模板的使用，就能自己写出灵活、高效的通用数据结构。