01章-模板--C++提高编程知识学习笔记
1 模板
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1.1 模板的概念
模板就是建立通用的模具，大大提高复用性
1.2 函数模板
- C++另一种编程思想称为泛型函数，主要利用的技术就是模板
- C++提供两种模板机制：函数模板和类模板
1.2.1 函数模板语法
模板函数作用：
建立一个通用函数，其函数返回值类型和形参类型可以不具体指定，用一个虚拟的类型来代表
语法：
template
函数声明或定义
解释：
template --- 声明创建模板
typename --- 表面其后面的符号是一种数据类型，可以用class代替
T --- 通用的数据类型，名称可以替换，通常为大写字母
示例；
#include
using namespace std;
//函数模板
//两个整数交换函数
void swapInt(int& a, int& b)
{
int temp = a;
a = b;
b = temp;
}
//交换两个浮点型的函数
void swapDouble(double& a, double& b)
{
double temp = a;
a = b;
b = temp;
}
void test01()
{
int a = 10;
int b = 20;
swapInt(a, b);
cout << "a = " << a << endl;
cout << "b = " << b << endl;
double c = 1.1;
double d = 2.2;
swapDouble(c, d);
cout << "c = " << c << endl;
cout << "d = " << d << endl;
}
//函数模板
template //声明一个模板告诉编译器后面代码中紧跟着的T不要报错，T是一个通用的数据类型
void mySwap(T& a, T& b)
{
T temp = a;
a = b;
b = temp;
}
void test02()
{
int a = 10;
int b = 20;
//1、自动类型推导
mySwap(a, b);
//2、显示指定类型
mySwap(a, b);
cout << "a = " << a << endl;
cout << "b = " << b << endl;
}
int main()
{
test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}
1.2.2 函数模板注意事项
注意事项：
- 自动类型推导，必须推导出一致的函数类型T，才可以使用
- 模板必须要确定出T的数据类型，才可以使用
示例：
#include
using namespace std;
//函数模板注意事项
//template // typename可以替换成calss
template
void mySwap(T& a, T& b)
{
T temp = a;
a = b;
b = temp;
}
//1、自动类型推导，必须推导出一致的数据类型T才可以使用
void test01()
{
int a = 10;
int b = 20;
char c = 'c';
mySwap(a, b);//正确
cout << "a = " << a << endl;
cout << "b = " << b << endl;
//mySwap(a, c);//报错,无法推导出一致的数据类型
}
//2、模板必须要确定出T的数据类型，才可以使用
template
void func()
{
cout << "func 调用" << endl;
}
void test02()
{
func();//随便给一个数据类型就能调用func模板函数了
}
int main()
{
test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}
1.2.3 函数模板案例
案例描述：
- 利用函数模板封装成一个排序的函数，可以对不同数据类型数组进行排序
- 排序规则从大到小，排序算法为选择排序
- 分别利用char数组和int数组进行测试
示例：
#include
using namespace std;
//实现通用 对数组进行排序的函数
//规则 从大到小
//算法 选择
//测试 char 数组，int 数组
//交换函数模板
template
void mySwap(T& a, T& b)
{
T temp = a;
a = b;
b = temp;
}
//排序算法
template
void mySort(T arr[], int len)
{
for (int i = 0; i < len; i++)
{
int max = i;//认定最大值下标
for (int j = i + 1; j < len; j++)
{
//认定的最大值比遍历出的数值要小，说明j下标的元素才是真正的最大值
if (arr[max] < arr[j])
{
max = j;//更新最大值下标
}
}
if (max != i)
{
//交换max和i元素
mySwap(arr[max], arr[i]);
}
}
}
//打印数组的模板
template
void printArray(T arr[], int len)
{
for (int i = 0; i < len; i++)
{
cout << "arr中的第" << i << "元素 = " << arr[i] << endl;
}
}
void test01()
{
//测试char数组
char charArr[] = "badcfe";
int num = sizeof(charArr) / sizeof(char);
mySort(charArr, num);
printArray(charArr, num);
}
void test02()
{
//测试int数组
int intArr[] = { 7,5,1,3,10,2,4,7,9 };
int num = sizeof(intArr) / sizeof(int);
mySort(intArr, num);
printArray(intArr, num);
}
int main()
{
test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}
1.2.4 普通函数与函数模板的区别
普通函数与函数模板区别：
- 普通函数调用时可以发生自动类型转换（隐式类型转换）
- 函数模板调用时，如果利用自动类型推导，不会发生隐式类型转换
- 如果利用显示指定类型的方式，可以发生隐式类型转换
示例：
#include
using namespace std;
//普通函数与函数模板的区别
//1、普通函数调用可以发生隐式类型转换
//2、函数模板 用自动类型推导，不可以发生隐式类型转换
//3、函数模板 用显示指定类型，可以发生隐式类型转换
//普通函数
int myAdd01(int a, int b)
{
return a + b;
}
//函数模板
template
T myAdd02(T a, T b)
{
return a + b;
}
void test01()
{
int a = 10;
int b = 20;
char c = 'c'; //c - 99
cout << myAdd01(a, c) << endl;
//自动类型推导
//cout << myAdd02(a, c) << endl;//报错，函数模板不可以发生隐式类型转换
//显示指定类型
cout << myAdd02(a, c) << endl;//明确类型，正确
}
int main()
{
test01();
system("pause");
return 0;
}
1.2.5 普通函数与函数模板的调用规则
调用规则如下：
- 如果函数模板和普通函数可以实现，优先调用普通函数
- 可以通过空模板参数列表来强调函数模板
- 函数模板也可以发生重载
- 如果函数模板可以产生更好的匹配优先调用函数模板
示例：
#include
using namespace std;
//普通函数与函数模板调用规则
//1、如果函数模板和普通函数都可以调用，优先调用普通函数
//2、可以通过空模板参数列表 强制调用 函数模板
//3、函数模板可以发生函数重载
//4、如果函数模板可以产生更好的匹配，优先调用函数模板
void myPrint(int a, int b)//如果只有声明，没有函数实现，就会报错，还是优先调用普通函数
{
cout << "调用普通函数" << endl;
}
template
void myPrint(T a, T b)
{
cout << "调用模板" << endl;
}
template
void myPrint(T a, T b,T c)
{
cout << "调用重载的模板" << endl;
}
void test01()//优先调用普通函数
{
int a = 10;
int b = 10;
myPrint(a, b);//调用普通函数
//通过空模板的参数列表，强制调用函数模板
myPrint<>(a, b);//调用函数模板
myPrint(a, b, 100);//调用重载函数模板
//如果函数模板产生更好的匹配，优先调用函数模板
char c1 = 'a';
char c2 = 'b';
myPrint(c1, c2);//调用函数模板
}
int main()
{
test01();
system("pause");
return 0;
}
总结：既然提供了函数模板，最好就不要提供普通函数了，容易产生二义性，实际开发中这样子意义不大。
1.2.6 模板的局限性
局限性：
- 模板的通用性并不是万能的
例如
template
void f(T a, T b)
{
a = b;
}
在上述代码中提供了赋值操作，如果传入a和b是一个数组，就无法实现了。
再例如
template
void f(T a, T b)
{
if(a > b){...}
}
在上述代码中，如果T的数据类型传入的是像Person的自定义数据类型，也是无法正常运行的，
因此为了解决这类问题，提供模板的重载，可以为这些特定的类型提供具体化的模板
示例：
#include
#include
using namespace std;
//模板的局限性
//模板并不是万能的，有些特定的数据类型，需要用具体化的方式做实现
//对比两个数据类型是否相等函数
class Person
{
public:
Person(string name, int age)
{
this->m_Age = age;
this->m_Name = name;
}
string m_Name;
int m_Age;
};
template
bool myCompare(T& a, T& b)
{
if (a == b)
{
return true;
}
else
{
return false;
}
}
//利用具体化的Person的版本实现代码，具体化优先调用
template<> bool myCompare(Person& p1, Person& p2)
{
if (p1.m_Age == p2.m_Age && p1.m_Name == p2.m_Name)
{
return true;
}
else
{
return false;
}
}
void test01()
{
int a = 10;
int b = 20;
bool ret = myCompare(a, b);
if (ret)
{
cout << "a == b" << endl;
}
else
{
cout << "a != b" << endl;
}
}
void test02()
{
Person p1("Tom", 10);
Person p2("Tom", 10);
bool ret = myCompare(p1, p2);
if (ret)
{
cout << "p1 == p2" << endl;
}
else
{
cout << "p1 != p2" << endl;
}
}
int main()
{
test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}
总结：
- 利用具体化的模板，可以解决自定义类型的通用化
- 学习模板并不是为了写模板，而是在STL能够运用系统提供的模板
1.3 类模板
1.3.1 类模板语法
类模板作用：
- 建立一个通用类，类中成员数据类型可以不具体指定，用一个虚拟的类型来代表
语法：
template
类
解释：
template --- 声明创建模板
typename --- 表明其后面的符号是一种数据类型，可以用class代替
T --- 通用的数据类型，名称可以替换，通常为大写字母
示例：
#include
#include
using namespace std;
//类模板
template
class Person
{
public:
Person(NameType name, AgeType age)
{
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}
NameType m_Name;
AgeType m_Age;
void showPerson()
{
cout << "name: " << this->m_Name << " age: " << this->m_Age << endl;
}
};
void test01()
{
Personp1("孙悟空", 999);
p1.showPerson();
}
int main()
{
test01();
system("pause");
return 0;
}
1.3.2 类模板与函数模板区别
类模板与函数模板区别主要有两点：
- 类模板没有自动类型推导的使用方式
- 类模板在模板参数列表中可以有模板参数
示例：
#include
#include
using namespace std;
//类模板与函数模板区别
template
class Person
{
public:
Person(NameType name, AgeType age)
{
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}
NameType m_Name;
AgeType m_Age;
void showPerson()
{
cout << "name: " << this->m_Name << " age: " << this->m_Age << endl;
}
};
//1、类模板没有自动类型推导使用方式
void test01()
{
//Person p("孙悟空",999)//错误，无法用自动类型推导
Personp("孙悟空", 999);
p.showPerson();
}
//2、类模板在模板参数列表中可以有默认参数
void test02()
{
Personp("猪八戒", 1000);
p.showPerson();
}
int main()
{
test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}
1.3.3 类模板中成员函数创建时机
类模板中成员函数和普通类中成员函数创建时机是有去别的：
- 普通类中的成员函数一开始就可以创建
- 类模板中的成员函数在调用时才创建
示例
#include
using namespace std;
//类模板中成员函数创建时机
//类模板中成员函数在调用时才去创建
class Pesrson1
{
public:
void showPerson1()
{
cout << "Person1 show!" << endl;
}
};
class Pesrson2
{
public:
void showPerson2()
{
cout << "Person2 show!" << endl;
}
};
template
class MyClass
{
public:
T obj;
//类模板中的成员函数//是在 被调用时候才会创建的，需要确认是什么成员函数类型之后才能被调用。不然调用不出来。
void func1()
{
obj.showPerson1();
}
void func2()
{
obj.showPerson2();
}
};
void test01()
{
MyClass m;
m.func1();
//m.func2();
}
int main()
{
test01();
system("pause");
return 0;
}
总结：类模板中的成员函数不是一开始就创建的，在调用时才去创建的。
1.3.4 类模板对象做函数参数
学习目标：
- 类模板实例化出的对象，向函数传参的方式
一共有三种传入方式：
- 指定传入的类型 --- 直接显示对象的数据类型
- 参数模板化 --- 将对象中的参数变为模板进行传递
- 整个类模板化 --- 将整个对象类型 模板化进行传递
示例：
#include
#include
using namespace std;
//类模板对象做函数参数
template
class Person
{
public:
Person(T1 name, T2 age)
{
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}
void showPerson()
{
cout << "姓名：" << this->m_Name << " 年龄：" << this->m_Age << endl;
}
T1 m_Name;
T2 m_Age;
};
//1、指定传入类型 //最常用
void printPerson1(Person&p)
{
p.showPerson();
}
void test01()
{
Personp("孙悟空", 100);
printPerson1(p);
}
//2、将参数模板化
template
void printPerson2(Person& p)
{
p.showPerson();
cout << "T1 的类型为：" << typeid(T1).name() << endl;
cout << "T2 的类型为：" << typeid(T2).name() << endl;
}
void test02()
{
Personp("猪八戒", 1000);
printPerson2(p);
}
//3、整个类模板化
template
void printPerson3(T& p)
{
p.showPerson();
}
void test03()
{
Personp("唐僧", 30);
printPerson3(p);
}
int main()
{
test01();
test02();
test03();
system("pause");
return 0;
}
总结：
- 通过类模板创建的对象，可以有三种方式向函数中进行传参
- 比较广泛使用的方式是指定传入类型
1.3.5 类模板与继承
当类模板碰到继承时，需要注意以下几点：
- 当子类继承的父类是一个类模板时，子类在声明的时候，要指定出父类中T的类型
- 如果不指定，编译器无法给子类分配内存
- 如果想灵活指定出父类中T的类型，子类也需变为类模板
示例：
#include
using namespace std;
//类模板与继承
template
class Base
{
T m;
};
//class Son :public Base//错误，必须知道父类中的T类型，才能继承子类
class Son:public Base
{
};
void test01()
{
Son s1;
}
//如果想要灵活的指定父类中T的类型，子类也需要边类模板
template
class Son2 :public Base
{
T1 obj;
};
void test02()
{
Son2S2;
}
int main()
{
test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}
1.3.6 类模板成员函数类外实现
学习目标：能够掌握类模板中的成员函数类外实现
示例：
#include
#include
using namespace std;
//类模板成员函数类外实现
template
class Person
{
public:
Person(T1 name, T2 age);
// Person(T1 name, T2 age)
// {
// this->m_Name = name;
// this->m_Age = age;
// }
void showPerson();
//{
// cout << "姓名： " << m_Name << " 年龄：" << m_Age << endl;
//}
T1 m_Name;
T2 m_Age;
};
//构造函数的类外实现
template
Person::Person(T1 name, T2 age)
{
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}
//成员函数类外实现
template
void Person::showPerson()
{
cout << "姓名： " << m_Name << " 年龄：" << m_Age << endl;
}
void test01()
{
Personp("Tom", 20);
p.showPerson();
}
int main()
{
test01();
system("pause");
return 0;
}
总结：类模板中成员函数类外实现时，需要加上模板参数列表
1.3.7 类模板分文件编写
学习目标：
- 掌握类模板成员函数分文件编写产生的问题以及解决方式
问题：
- 类模板中成员函数创建时机是在调用阶段，导致份文件编写时链接不到
解决：
- 解决方式1：直接包含.cpp源文件
- 解决方式2：将声明和实现卸载同一个文件中，并更改后缀为.hpp，hpp是约定的名称，并不是强制
创建.hpp
示例：
#pragma once
#include
#include
using namespace std;
template
class Person
{
public:
Person(T1 name, T2 age);
void showPerson();
T1 m_Name;
T2 m_Age;
};
template
Person::Person(T1 name, T2 age)
{
this->m_Age = age;
this->m_Name = name;
}
template
void Person::showPerson()
{
cout << "姓名：" << this->m_Name << " 年龄：" << this->m_Age << endl;
}
cpp
#include
#include
using namespace std;
#include"person.hpp"
//template
//class Person
//{
//public:
// Person(T1 name, T2 age);
// void showPerson();
// T1 m_Name;
// T2 m_Age;
//};
//template
//Person::Person(T1 name, T2 age)
//{
// this->m_Age = age;
// this->m_Name = name;
//}
//
//template
//void Person::showPerson()
//{
// cout << "姓名：" << this->m_Name << " 年龄：" << this->m_Age << endl;
//}
//
//2、解决方法 将.h和.cpp内容写在一起，将后缀名改为.hpp文件
void test01()
{
Personp("Jerry", 18);
p.showPerson();
}
int main()
{
test01();
system("pause");
return 0;
}
1.3.8 类模板与友元
学习目标：
- 掌握类模板配合友元函数的类内和类外实现
全局函数类内实现-直接在类内声明友元即可
全局函数类外实现-需要提前让编译器知道全局函数的存在
示例：
#include
#include
using namespace std;
//提前让编译器知道类模板
template
class Person;
//类外实现
template
void printPerson2(Personp)
{
cout << "类外实现：" << "姓名:" << p.m_Name << " 年龄：" << p.m_Age << endl;
}
//通过全局函数 打印Person信息
template
class Person
{
// 全局函数 类内实现
friend void printPerson(Personp)
{
cout << "姓名:" << p.m_Name << " 年龄：" << p.m_Age << endl;
}
//全局函数 类外实现
//加空参数列表
//如果全局函数是类外实现需要让编译器提前知道这个类模板的存在
friend void printPerson2<>(Personp);
public:
Person(T1 name, T2 age)
{
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}
private:
T1 m_Name;
T2 m_Age;
};
void test01()
{
Personp("Tom", 20);
printPerson(p);
}
void test02()
{
Personp ("Jerry", 20);
printPerson2(p);
}
int main()
{
test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}
总结：建议全局函数做类内实现，用法简单，而且编译器可以直接识别
本文题目：01章-模板--C++提高编程知识学习笔记
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