类模板、Stack的类模板实现（自定义链栈方式，自定义数组方式）

一、类模板

类模板：将类定义中的数据类型参数化
类模板实际上是函数模板的推广，可以用相同的类模板来组建任意类型的对象集合

（一）、类模板的定义

template <类型形参表>
class <类名>
{ //类说明体 }；
template <类型形参表>
<返回类型> <类名> <类型名表>::<成员函数1>（形参表）
{ //成员函数定义体 }
template <类型形参表>
<返回类型> <类名> <类型名表>::<成员函数2>（形参表）
{ //成员函数定义体 }
…
template <类型形参表>
<返回类型> <类名> <类型名表>::<成员函数n>（形参表）
{ //成员函数定义体 }

（二）、使用类模板

类模板的实例化：用具体的数据类型替换模板的参数以得到具体的类（模板类）
模板类也可以实例化为对象
用下列方式创建类模板的实例：

类名 <类型实参表> 对象名称;

对于函数模板与类模板，模板参数并不局限于类型（类类型，基本类型，模板类实例），普通值也可以作为模板参数

二、Stack类的模板实现

在前面曾经分别使用C/C++实现了一个链栈，栈中只能放进int类型数据，现在使用模板来重新实现Stack，可以存放多种数据类型，分别使用自定义链栈方式以及自定义数组实现。

（一）、自定义链栈方式：

stack.h：

 C++ Code 

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106

/*************************************************************************
> File Name: stack.h
> Author: Simba
> Mail: dameng34@163.com
> Created Time: 2012年11月03日星期六 19时28分25秒
************************************************************************/

#include<iostream>
using namespace std;
template < class T > class Node
{
    //< >里面是模板参数，可以有多个，虽然T用class 声明，但可以是内建类型也可以是class类型
    //模板的定义一般写在头文件里
public:

    Node(T invalue): m_Value(invalue), m_Next(NULL) {}
    ~Node();

    T getValue() const
    {
        return m_Value;
    }
    void setValue(T value)
    {
        m_Value = value;
    }

    Node < T > *getNext() const
    {
        return m_Next;
    }
    void setNext(Node < T > *next)
    {
        m_Next = next;
    }

private:
    T m_Value;
    Node < T > *m_Next;
};

template < class T > Node < T >::~Node()
{
    if (m_Next)
    {
        delete m_Next;  //自动内存管理，接着找到m_Next指向的下一个结点，一直找到最后的一个结点
        //故先释放最后一个结点（当然是最先压栈的结点），然后依次返回释放每一个途中的结点
    }

" deleted " << endl;
}

template < class T > class Stack
{

public:
    Stack(): m_Head(NULL), m_Count(0) {}
    ~Stack()
    {
        delete m_Head;  //自动内存管理
    }
    void push(const T &t);
    T pop();
    T top() const;
    int count() const;
private:
    Node < T > *m_Head;
    int m_Count;
};

template < class T > void Stack < T >::push(const T &value)
{
    Node < T > *newNode = new Node < T > (value);
    newNode->setNext(m_Head);
    m_Head = newNode;
    ++m_Count;
}

template < class T > T Stack < T >::pop()
{
    Node < T > *popped = m_Head;
    if (m_Head != NULL)
    {

        m_Head = m_Head->getNext();
        T retval = popped->getValue();
        popped->setNext(NULL);
        delete popped;
        --m_Count;
        return retval;
    }
    return 0;
}

template < class T > inline T Stack < T >::top() const
//模板前缀template < class T >  || 函数限定符inline  函数返回值T ||
//命名空间前缀 Stack < T > //一个类型  || 函数名（函数参数）const 限定符
{
    return m_Head->getValue();

}

template < class T > inline int Stack < T >::count() const
{
    return m_Count;
}

main.cpp：

 C++ Code 

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34

#include "stack.h"

int main(void)
{
    Stack < int >intstack1, intstack2;

    int val;
    for (val = 0; val < 4; ++val)
    {
        intstack1.push(val);
        intstack2.push(2 * val);
    }

    while (intstack1.count())
    {
        val = intstack1.pop();
        cout << val << endl;
    }

    Stack < char >stringstack;

    stringstack.push('A');
    stringstack.push('B');
    stringstack.push('C');

    char val2;
    while (stringstack.count())
    {
        val2 = stringstack.pop();
        cout << val2 << endl;
    }
    cout << "Now intstack2 will be destructed." << endl;
    return 0;
}

可以看到虽然intstack2 没有pop 出元素，但程序结束时，局部对象会被析构，调用析构函数，在析构函数内delete 头指针，顺藤摸瓜一直找到最后一个节点，即首先压栈的节点，依次返回释放掉。

（二）、自定义数组方式

Stack2.h：

 C++ Code 

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76

#ifndef _STACK2_H_
#define _STACK2_H_

#include <exception>

template <typename T, int MAX_SIZE>
class Stack2
{
public:
    Stack2();
    ~Stack2();

    void Push(const T &elem);
    void Pop();
    T &Top();
    const T &Top() const;
    bool Empty() const;
private:
    T *elems_;
    int top_;
};

template <typename T, int MAX_SIZE>
Stack2<T, MAX_SIZE>::Stack2() : top_(-1)
{
    elems_ = new T[MAX_SIZE];
}

template <typename T, int MAX_SIZE>
Stack2<T, MAX_SIZE>::~Stack2()
{
    delete[] elems_;
}

template <typename T, int MAX_SIZE>
void Stack2<T, MAX_SIZE>::Push(const T &elem)
{
    if (top_ + 1 >= MAX_SIZE)
        throw out_of_range("Stack2<>::Push() Stack2 full");

    elems_[++top_] = elem;
}

template <typename T, int MAX_SIZE>
void Stack2<T, MAX_SIZE>::Pop()
{
    if (top_ + 1 == 0)
        throw out_of_range("Stack2<>::Push() Stack2 empty");

    --top_;
}

template <typename T, int MAX_SIZE>
T &Stack2<T, MAX_SIZE>::Top()
{
    if (top_ + 1 == 0)
        throw out_of_range("Stack2<>::Push() Stack2 empty");

    return elems_[top_];
}

template <typename T, int MAX_SIZE>
const T &Stack2<T, MAX_SIZE>::Top() const
{
    if (top_ + 1 == 0)
        throw out_of_range("Stack2<>::Push() Stack2 empty");

    return elems_[top_];
}

template <typename T, int MAX_SIZE>
bool Stack2<T, MAX_SIZE>::Empty() const
{
    return top_ + 1 == 0;
}
#endif // _STACK2_H_

main.cpp：

 C++ Code 

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

#include "Stack2.h"
#include <iostream>
#include<string>
using namespace std;

int main(void)
{
    Stack2<int, 5> s;
    s.Push(1);
    s.Push(2);
    s.Push(3);

    while (!s.Empty())
    {
        cout << s.Top() << endl;
        s.Pop();
    }
    return 0;
}

输出为 3 2 1

注意，用数组实现时pop 操作并没有删除元素的操作，只是移动了top 指针，下次push 的时候直接覆盖即可。再者因为实现了Top 返回栈顶元素，故pop 没有返回值。

参考：

C++ primer 第四版
Effective C++ 3rd
C++编程规范