类模板示例及分离的成员函数定义语法

读者是否还记得之前在标准库各个容器类定义时所使用的尖括号（<>）呢？这个尖括号以及其中的类型名就是模板的实例化。模板的概念与我们一开始提出的IntContainer和FloatContainer类似，只是将重复书写相似代码的过程交给了编译器来做。我们先创建一个类似于vector的带有模板的类来感受一下：

动手写11.1.1

动手写11.1.1展示了类模板的声明语法及应用。运行结果如图11.1.1所示：

图11.1.1　类模板

这个示例比较复杂，基本上完整实现了一个固定大小的泛型vector的基本功能。我们在使用的时候可以指定元素的类型和容器的容量，这都是要靠模板才能实现的。

模板定义的默认开头是一个“template”关键字和一对尖括号包住的模板形参列表（Template Parameter List），模板形参可以是类型形参（Type Parameter），也可以是非类型形参（Nontype Parameter）。

非类型形参就跟函数参数差不多，但是在编译的时候必须确定，所以在实例化创建对象时一定要用常量表达式。当我们在定义类对象的时候，将5带入capacity，编译器会自动将capacity替换为5，所以我们看到的动态分数组的“arr = new T[capacity]；”实际上变成了“arr = new T[5]；”。

而类型形参就是泛型的由来，我们在写“typename T”或者“class T”（typename和class没有区别，都能用来定义类型形参）的时候，就是把T当作一种未知类型的占位符。在定义模板类的时候，我们并不知道T代表了什么类型，而只有定义类对象指定类型的时候，编译器才会把T替换为其他类型（包括自定义的类），比如在这里是int。

在我们定义模板类对象之后，编译器所要做的这些替换行为叫作模板实例化（Template Instantiation）。模板实例化有点像预处理器中宏的扩展，模板类的定义就是宏定义，模板参数就是宏的参数。当我们定义“MyVector<int，5>vec；”的时候，编译器就知道在编译的时候它需要创建一个新的类定义，其中所有的T都要替换成int，而capacity都要替换成5。而当我们又定义一个“MyVector<MyClass，10>vec；”的时候，编译器又要再创建一个类定义，其中所有T换成MyClass，而capacity换成10，并且所有的赋值或其他运算符会使用显式或默认的重载运算符。

所以每个模板类的对象定义都是定义了一个新的类，只是我们不需要重复地定义相同功能、不同类型的类。下面我们来看看动手写11.1.1的不用模板的等价版本：(www.xing528.com)

动手写11.1.2

在动手写11.1.2中，我们可以看到这个版本的MyVector非常不灵活，如果我们想再定义一个，就要把整个类定义重写一遍。

需要注意的是，在动手写11.1.1中我们是将成员函数定义写在类定义里面的，而当我们将定义和声明分开的时候，也需要注意类模板的特殊语法。

动手写11.1.3

动手写11.1.3展示了类模板成员函数定义分离的语法。我们可以看到，在类定义外定义成员函数的时候，有两个东西是不能少的：

1.template关键字和模板形参列表。

2.作用域操作符前的类名要加上模板形参。

这是因为这里的成员函数也是类模板声明的一部分，我们必须标注它的模板特性，不然它就是一个特定版本（比如Interval<int>）的成员函数了。

最后，有两个相近的术语是我们经常会碰到的，那就是类模板（Class Template）和模板类（Template Class）。类模板指的是我们写的带模板的类定义，它表示着一个蓝图，编译器可以通过这个蓝图来生成各种具体的类；而模板类指的是这些具体的、由模板生成的类，也就是vector<int>、vector<char>这些类。类似地，在下一节中我们要讲的函数模板（Function Template）也有对应的模板函数（Template Function）。