第2章 类亦模板
概述
学习软件开发的朋友，一定听说过这句名言：数据结构+算法=程序（Niklaus E. Wirth）。通过第1章的讨论我们知道，借助函数模板，算法描述可以脱于具体类型之外。借助C++(www.cppentry.com)语言中的另一大模板功能——类模板，数据结构的描述同样也可以脱于数据类型之外，而只专注于数据存取方法及数据间的关联方式。
2.1 类型无关的数据结构
以最常见的栈（stack）为例，栈是一种先入后出队列，其所存数据总数不定，一般可由链表来实现。由于栈只可在栈首存取数据，无需对链表中间数据进行操作，所以最简单的实现方式是单向链表。
单向链表由一系列的节点构成。节点包含两个数据，一个是该节点所存数据，另一个是一个指向链表中下一节点的指针。可见，抽象的数据结构描述也可以与具体的类型无关。但在C++(www.cppentry.com)中，如果没有模板，则会因具体类型不同而不得不将数据结构一一实现。例如同样是链表节点，如果一个要保存整数值而另一个要保存浮点数值，则其节点类分别写成以下形式：
- struct int_node
- {
- int value;
- int_node *next;
- };
-
- struct float_node
- {
- float value;
- float_node *next;
- };
显然，两个节点类很类似，都有两个成员变量分别名为value和next，并且next是一个指针。只因所存数据不同而使其成员变量类型不同而已。
我们已经领略过函数模板为我们展开的与类型无关的算法描述图景。现在，类模板将为我们展开另一幅图景——与类型无关的数据结构。例如以上的节点类可以统一用类模板表示，如例2.1所示。
例2.1
- template <typename T=int>
- struct list_node
- {
- T value;
- list_node *next;
- };
与函数模板相同，类模板也是以关键字template开头，后接模板参数以及类模板的声明或者实现。模板参数在整个类实现中都可见，也就是可以在类实现中利用模板参数定义成员变量类型、成员函数参数类型及返回值类型等。在本例中，模板参数T被用于定义成员变量value的类型，即节点所要保存的数据类型。而另一个成员变量next是一个指向list_node的指针，但list_node只是一个模板名，并不代表实际的类，这似乎有点儿说不通。在此，C++(www.cppentry.com)有一个特别的规定：在一个类模板内出现的自身模板名，等价于该模板被调用时所生成的实例。此处的list_node等价于list_node<T>，所以next指针是一个指向同类的指针。
调用类模板生成实例的方法与调用函数模板相同，采用类模板名后接尖括号内的模板实参列表的形式。例如如下代码。
- list_node<int>inode; // 保存整数值的节点。等价于int_node
- list_node<float>fnode; // 保存字符值的节点。等价于float_node
在介绍函数模板时曾经提过，新的C++(www.cppentry.com)11标准开始支持函数模板参数默认值，而在前一版标准C++(www.cppentry.com)98中就已经允许为类模板参数赋默认值了，其用法如例2.1中的模板参数列表中一样，即在模板参数名之后用“=”后接默认值。
如果类模板参数有默认值，则在实参列表中可将其省略。如果所有参数都有默认值，则模板实参列表可以省略，但尖括号不能省，如以下代码所示：
- list_node<>inode; // 保存整数值的节点。利用模板参数默认值
与函数模板不同的是，类模板没有模板参数实参推导机制（使用类时不需要参数，自然也就无法根据参数推导出模板参数了）。所以，对于没有默认值的模板参数，只能为其一一赋值，而可以省略的仅限于列表最后有默认值的若干相邻参数。