
在C++中,模板和继承是两种强大的代码复用机制。将它们结合使用,可以在保持类型安全的同时,实现高度灵活和可扩展的设计。通过模板参数化类型,再配合继承来共享接口或实现,能有效减少重复代码,提升程序的通用性和可维护性。
模板与继承的基本结合方式最常见的结合方式是让一个类模板继承自另一个类(可以是普通类、模板类),从而复用基类的功能。
示例:CRTP(Curiously Recurring Template Pattern)
这是一种典型的模板与继承结合的技术,用于实现静态多态:template<typename T>
class Base {
public:
void interface() {
static_cast<T*>(this)->implementation();
}
};
class Derived : public Base<Derived> {
public:
void implementation() {
// 具体实现
}
}; 这种模式在编译期就能确定调用关系,避免虚函数开销,常用于高性能库设计。
通过继承复用模板类的实现模板类可以封装通用逻辑,派生类只需提供特定行为。
比如,定义一个通用容器模板,然后通过继承扩展功能:
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template<typename T>
class ArrayBase {
protected:
T* data;
int size;
public:
ArrayBase(int s) : size(s) {
data = new T[size];
}
~ArrayBase() {
delete[] data;
}
T& operator[](int i) {
return data[i];
}
int getSize() const { return size; }
};
class IntArray : public ArrayBase<int> {
public:
IntArray(int s) : ArrayBase<int>(s) {}
void fill(int value) {
for (int i = 0; i < size; ++i)
data[i] = value;
}
}; 这样,IntArray复用了ArrayBase的内存管理和基本操作,只添加了特定方法。
模板基类与虚函数结合有时需要运行时多态,同时保留类型灵活性:
template<typename T>
class HandlerBase {
public:
virtual ~HandlerBase() = default;
virtual void process(const T& item) = 0;
};
template<typename T>
class DefaultHandler : public HandlerBase<T> {
public:
void process(const T& item) override {
// 默认处理逻辑
}
}; 这种方式适合插件式架构,不同类型的处理器可通过模板定制,又统一通过基类指针管理。
注意事项与最佳实践- 模板基类中的成员在派生类中是隐藏的,访问时建议用
this->member
或显式限定 - 避免在模板基类中使用纯虚函数模板方法(C++不支持)
- 注意对象切片问题,尤其是涉及多态时
- 优先考虑组合而非继承,除非确实需要共享接口或CRTP等特殊模式
基本上就这些。合理利用模板和继承的组合,能让代码既通用又高效。关键在于明确职责:模板负责类型抽象,继承负责行为复用。两者协同,才能写出清晰且可扩展的C++代码。
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