【C++】泛型编程 ⑩ ( 类模板的运算符重载 - 函数实现写在类外部的同一个 cpp 代码中 | 类模板的外部友元函数二次编译问题 )

梦里梦外; 2024-02-18 13:24 9阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  一、类模板 - 函数声明与函数实现分离
 *   *  1、类模板 外部 实现 构造函数
     *  2、类模板 外部 实现 普通函数
     *  3、类模板 外部 实现 友元函数
     *   *   *  ( 1 ) 错误示例及分析 - 类模板 的 外部友元函数 二次编译 问题
             *  ( 2 ) 正确写法
 *  二、代码示例 - 函数声明与函数实现分离
 *   *  1、代码示例
     *  2、执行结果

将 类模板 函数声明 与 函数实现 分开进行编码 , 有 三种 方式 :

*  类模板 的 函数声明 与 函数实现 都写在同一个类中 , 也就是没有分开进行编码 ;
 *  类模板 的 函数实现 在 类外部进行 , 函数声明 和 实现 写在相同的 .cpp 源码文件中 ;
 *  类模板 的 函数实现 在 类外部进行 , 函数声明 和 实现 写在不同的 .h 和 .cpp 源码文件中 ;

上一篇博客 [【C++】泛型编程 ⑨ ( 类模板的运算符重载 - 函数声明 和 函数实现 写在同一个类中 | 类模板 的 外部友元函数问题 )][C_ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _] 实现了第一种情况 , **类模板 的 函数声明 与 函数实现 都写在同一个类中 , 也就是没有分开进行编码 ;**

**本篇博客 , 开始分析 第二种情况 , 类模板 的 函数实现 在 类外部进行 , 写在相同的 .h 和 .cpp 源码文件中 ;**

## 一、类模板 - 函数声明与函数实现分离 ##

--------------------

### 1、类模板 外部 实现 构造函数 ###

原来的构造函数是 :

template <typename T>
    class Student
    {
        
    public:
    	Student(T x, T y)
    	{
        
    		this->a = x;
    		this->b = y;
    	}
    }

如果将 构造函数 实现 , 写在类外部的 .cpp 源码中 ,

*  **首先** , 需要 声明 模板类型 , `template <typename T>` ;
 *  **然后** , 通过 域操作符 访问 构造函数 , 并实现该函数 , 使用域操作符 时 , 前面的类 需要指定 具体的泛型类型 , 这里使用 声明的 T 模板类型 作为 具体的 泛型类型 ;

template <typename T>
    Student<T>::Student(T x, T y)
    {
        
    	this->a = x;
    	this->b = y;
    }

在 类模板 内部 , 只需要声明该 构造函数 :

template <typename T>
    class Student
    {
        
    public:
    	Student(T x, T y);
    }

### 2、类模板 外部 实现 普通函数 ###

将 类内部的 普通函数 实现 加法运算符重载 的函数 , 提取到 类模板 外部进行定义 ;

该函数的 返回值 和 参数 都涉及到 类模板 类型 ;

template <typename T>
    class Student
    {
        
    public:
    
    	// 重载 + 运算符
    	Student operator+(Student& s)
    	{
        
    		Student student(this->a + s.a, this->b + s.b);
    		return student;
    	}
    }

**在类外部 实现 该 加号运算符重载 需要注意以下几点 :**

*  **首先 ,** 需要 声明 模板类型 , `template <typename T>` ;
 *  **然后 ,** 通过 域操作符 访问 构造函数 , `Student<T>::` 后面跟上要访问的成员 ;
 *  **最后 ,** 返回值和参数类型 , 如果是 类模板类型 Student , 需要在后面使用尖括号 指明具体的类型 , 这里具体的类型就是泛型 T ;

函数内部 Student 类型 , 可以加 `<T>` 也可不加 `<T>` , 不加 `<T>` 也可以使用 , 加了也不会报错 ;

// 重载 + 运算符
    // 使用  Student<T>:: 域操作符访问函数
    template <typename T>
    Student<T> Student<T>::operator+(Student<T>& s)
    {
        
    	// 函数内部的类的 <T> 模板类型 , 可加 <T> 可不加 <T> 
    	// 不加 <T> 也可以使用 , 加了也不会报错
    	Student student(this->a + s.a, this->b + s.b);
    	return student;
    }

类模板内部 , 需要声明该 重载函数 ;

template <typename T>
    class Student
    {
        
    public:
    	// 重载 + 运算符
    	Student operator+(Student& s);
    }

### 3、类模板 外部 实现 友元函数 ###

友元函数 不是 类中的函数 , 是 类外部的函数 , 友元函数 中又用到了 泛型 T , 说明这是一个 模板函数 ;

**友元函数 是 全局函数 , 不属于 类模板 , 不要使用 域操作符 访问友元函数 ;**

**友元函数 中的 泛型类型 , 要当做 函数模板 对待 ;**

模板函数就涉及到 二次编译 问题 , 下面先分析一下 模板函数 二次编译 导致的 类模板的友元函数 问题 ;

**友元函数 不要乱用 , 只有在 重载 左移 右移 操作符时 , 才使用 友元函数 ;**

##### ( 1 ) 错误示例及分析 - 类模板 的 外部友元函数 二次编译 问题 #####

在 类模板 内部声明 友元函数 ,

template <typename T>
    class Student
    {
        
    	// 左移运算符重载
    	friend ostream& operator<<(ostream& out, Student& s);
    }

在 类外部 实现 友元函数 ,

// Student 类的友元函数
    // 左移运算符重载 函数
    template <typename T>
    ostream& operator<<(ostream& out, Student<T>& s)
    {
        
    	out << "a:" << s.a << " b: " << s.b << endl;
    	return out;
    }

运行时会报如下错误 :

已启动生成…
    1>------ 已启动生成: 项目: HelloWorld, 配置: Debug Win32 ------
    1>Test.obj : error LNK2019: 无法解析的外部符号 "class std::basic_ostream<char,struct std::char_traits<char> > & __cdecl operator<<(class std::basic_ostream<char,struct std::char_traits<char> > &,class Student<int> &)" (??6@YAAAV?$basic_ostream@DU?$char_traits@D@std@@@std@@AAV01@AAV?$Student@H@@@Z)，函数 _main 中引用了该符号
    1>D:\002_Project\006_Visual_Studio\HelloWorld\HelloWorld\Debug\HelloWorld.exe : fatal error LNK1120: 1 个无法解析的外部命令
    1>已完成生成项目“HelloWorld.vcxproj”的操作 - 失败。
    ========== 生成: 成功 0 个，失败 1 个，最新 0 个，跳过 0 个 ==========

造成上述错误的原因 就是 函数模板 的实现机制 中的 二次编译 有关 ,

*  第一次编译 函数模板 时 , 只进行 简单的 语法分析 , 词法分析 , 生成一个函数头 ;
 *  第二次编译 函数模板 时 , 又生成一个 函数头 ;

这两次编译生成的 函数头 不一致 , 导致 无法找到 相应的 函数实现 ;

##### ( 2 ) 正确写法 #####

**友元函数 不要乱用 , 只有在 重载 左移 右移 操作符时 , 才使用 友元函数 ;**

这是 函数模板 二次编译 问题 ,

一般情况下 , 函数模板 只有在 调用时 , 才需要将 泛型类型 指明 , 在 函数名称后面 , 使用 `<>` 注明泛型类型 ,

但是在 类模板 声明 友元函数 时 , 就需要指定 泛型类型 ;

这样才能将 类模板中的 泛型 T , 与 友元函数在 外部实现时 声明的 `template <typename T>` 关联起来 ;

在 类模板 内部声明 友元函数时 , 在函数名 `operator<<` 后面 加上 `<T>` ;

template <typename T>
    class Student
    {
        
    	// 左移运算符重载
    	friend ostream& operator<< <T> (ostream& out, Student& s);
    }

在 类外部 实现 友元函数 保持不变 ;

## 二、代码示例 - 函数声明与函数实现分离 ##

--------------------

### 1、代码示例 ###

#include "iostream"
    using namespace std; 
    
    template <typename T>
    class Student
    {
        
    	// 左移运算符重载
    	friend ostream& operator<< <T> (ostream& out, Student& s);
    
    public:
    	// 构造函数
    	Student(T x, T y);
    
    	// 重载 + 运算符
    	Student operator+(Student& s);
    
    public:
    	T a, b;
    };
    
    // 类模板构造函数
    // 使用  Student<T>:: 域操作符访问函数
    template <typename T>
    Student<T>::Student(T x, T y)
    {
        
    	this->a = x;
    	this->b = y;
    }
    
    // 重载 + 运算符
    // 使用  Student<T>:: 域操作符访问函数
    template <typename T>
    Student<T> Student<T>::operator+(Student<T>& s)
    {
        
    	// 函数内部的类的 <T> 模板类型 , 可加 Student<T> 可不加 Student
    	// 不加 <T> 也可以使用 , 加了也不会报错
    	Student student(this->a + s.a, this->b + s.b);
    	return student;
    }
    
    // Student 类的友元函数
    // 左移运算符重载 函数
    template <typename T>
    ostream& operator<<(ostream& out, Student<T>& s)
    {
        
    	out << "a:" << s.a << " b: " << s.b << endl;
    	return out;
    }
    
    int main() {
        
    	// 模板类不能直接定义变量
    	// 需要将 模板类 具体化之后才能定义变量
    	Student<int> s(666, 888);
    	cout << s << endl;
    
    	Student<int> s2(222, 111);
    	cout << s2 << endl;
    
    	// 验证 加法运算符 + 重载
    	Student<int> s3 = s + s2;
    
    	// 验证 左移运算符 << 重载
    	cout << s3 << endl;
    	
    	// 控制台暂停 , 按任意键继续向后执行
    	system("pause");
    
    	return 0;
    }

### 2、执行结果 ###

**执行结果 :**

a:666 b: 888
    
    a:222 b: 111
    
    a:888 b: 999
    
    Press any key to continue . . .

![在这里插入图片描述][fb9ae1ac2457468db702d256b340e515.png]

[C_ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _]: https://hanshuliang.blog.csdn.net/article/details/134510512
[fb9ae1ac2457468db702d256b340e515.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/18/98dc91ebfa514393993d067bb7c4e536.png