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标题: C++学习笔记----11、模块、头文件及各种主题（一）---- 模板概览与类模板（ [打印本页]

作者: 自由的羽毛 时间: 2024-11-8 07:22
标题: C++学习笔记----11、模块、头文件及各种主题（一）---- 模板概览与类模板（
2.1.2、模板Grid类

在上一节中的GameBoard很不错但还不敷。一个问题是不能用GameBoard来以值来保存元素；它保存的是指针。另一个更严肃的问题是，与类型安全相关。在GameBoard的每一个网格中保存了一个unique_ptr<GamePiece>。纵然是保存ChessPiece，当使用at()来请示一个特定的棋子时，会得到一个unique_ptr<GamePiece>。这就意味着不得不将查询的GamePiece向下转化为ChessPiece以便能够使用ChessPiece的特定功能。还有，无法阻止在GameBoard中混合各种不同的GamePiece继承来的对象。例如，假定不但有ChessPiece，还有TicTacToePiece：

class TicTacToePiece : public GamePiece
{
public:
std::unique_ptr<GamePiece> clone() const override
{
// Call the copy constructor to copy this instance
return std::make_unique<TicTacToePiece>(*this);
}
};

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用上一节的多态解决方案，无法阻止在单个的游戏面板上保存井字棋棋子与国际象棋棋子：

GameBoard gameBoard { 8, 8 };
gameBoard.at(0, 0) = std::make_unique<ChessPiece>();
gameBoard.at(0, 1) = std::make_unique<TicTacToePiece>();

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        这个大问题就是不管怎么样都要记住在特定位置保存的是什么，以便调用at()时执行正确的向下转化。
        GameBoard的一个缺点是它不能用于保存原始数据类型，好比int或double，由于在网格中的数据类型必须继承自GamePiece。
        如果写一个通用的Grid类，能够用于保存ChessPiece，SpreadsheetCell，int,double，等等，会是非常好的。在C++中，可以通过写一个类模板来轮到，它是类定义的一个蓝图。在类模板中，数据类型还不明确。客户可以在想使用时通过指定类型来实例化模板。这叫做泛型编程。泛型编程最大的好处是类型安全。在实例化类定义与成员函数中使用的类型是详细的类型，而不是上一节中使用多态解决方案的基类类型中的抽象类型。
        我们开始看如何书写这样的一个Grid类模板定义。
2.1.2.1、Grid类模板定义

        要明白类模板，研究一下其语法是很有帮助的。下面的例子展示了如何修改GameBoard类生成一个参数化的Grid类模板。代码后会对语法细节举行解释。留意名字由GameBoard修改为了Grid。Grid也应该能用于原始数据类型，如int与double。这就是为什么优选使用值语法而不是与用于GameBoard实现的多态指针语法相比的多态，来实现该解决方案。m_cells容器保存了真实的对象，而不是指针。与指针语法相比使用值语法的向下转化，使得不能有真正的空网格。也就是说，网格必须要有值。而指针语法，空网格保存了Nullptr。幸运的是，std:

ptional来救场了。它允许使用值语法，同时也有表现空网格的方法。

export
template <typename T>
class Grid
{
public:
explicit Grid(std::size_t width = DefaultWidth, std::size_t height = DefaultHeight);
virtual ~Grid() = default;
// Explicitly default a copy constructor and copy assignment operator.
Grid(const Grid& src) = default;
Grid& operator=(const Grid& rhs) = default;
// Explicitly default a move constructor and move assignment operator.
Grid(Grid&& src) = default;
Grid& operator=(Grid&& rhs) = default;
std::optional<T>& at(std::size_t x, std::size_t y);
const std::optional<T>& at(std::size_t x, std::size_t y) const;
std::size_t getHeight() const { return m_height; }
std::size_t getWidth() const { return m_width; }
static constexpr std::size_t DefaultWidth{ 10 };
static constexpr std::size_t DefaultHeight{ 10 };
private:
void verifyCoordinate(std::size_t x, std::size_t y) const;
std::vector<std::optional<T>> m_cells;
std::size_t m_width { 0 }, m_height { 0 };
};

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现在看到了完备的类模板定义，先看第一行。

export template <typename T>

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        第一行说明下面的类定义是一个类型T的模板，从模块中导出。“template <typename T>”部分叫做模板头。在C++中template与typename都是关键字。我们前面讨论过，模板”参数化”类型以与函数”参数化”值一样的方式工作。与在函数中代表调用者传递的参数一样使用参数名字，在模板中使用模板类型参数名字（好比T）来代表调用者传递的模板类型参数一样的类型。名字T没有什么特别的--可以使用想用的任意名字。传统意义上，当单个类型使用时，叫做T，但是这只是历史上的定名规范，就像调用整数数组索引用i与j一样。模板标识符对整个语句有效，在这个例子中是类模板定义。
        留意：由于历史的原因，可以使用关键字class而不是typename来指定模板类型参数。这样的话，很多册本与程序中的使用语法就酿成了这样：template <class T>。然而，在上下文中使用class关键字会令人迷惑，由于它隐含的意思是类型必须是一个类，现实上不是这样的。类型可以是一个类，一个布局，一个联合，一个原始数据类型，如int或double，等等。为了避免这种迷惑，我们使用typename。
        在前面的GameBoard类中，m_cells数据成员为指针vector，要求特别的代码来拷贝--就须要拷贝构造函数与拷贝赋值操作符。在Grid类中，m_cells是一个可选值的vector，以是编译器生成的拷贝构造函数与赋值操作符就可以了。然而，一旦有了用户声明的析构函数，编译器隐式生成的拷贝构造函数或拷贝赋值操作符就会过时，以是Grid类模板显式地对它们举行了缺省。也显式地缺省了move构造函数与move赋值操作符。下面是显式缺省的拷贝赋值操作符：

Grid& operator=(const Grid& rhs) = default;

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可以看到，rhs参数的类型不再是const GameBoard&，而酿成了const Grid&。在类定义内，编译器在须要的地方解释Grid为Grid<T>，但如果你想，可以显式地使用Grid<T>：

Grid<T>& operator=(const Grid<T>& rhs) = default;

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然而，在类定义之后，必须使用Grid<T>。当写一个类模板时，过去认为的类名（Grid）现在现实上酿成模板名。当想谈论现实的Grid类或类型时，不得不使用template ID，也就是说，Grid<T>，它是特定类型，好比int,SpreadsheetCell或ChessPiece的Grid类模板的实例化。
由于m_cells不再保存指针，而酿成了可选值，at()成员函数现在返回optional<T>而不是unique_ptr，也就是说optional可以有一个类型T的值，或者为空：

std::optional<T>& at(std::size_t x, std::size_t y);
const std::optional<T>& at(std::size_t x, std::size_t y) const;

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