1 模板 模板就是建立通用的模具 ,大大提高复用性 。
例如一寸照片模板、PPT模板等。
模板的特点:
模板不可以直接使用,它只是一个框架。
模板的通用并不是万能的。
2 函数模板
C++另一种编程思想称为 泛型编程 ,主要利用的技术就是模板。
2.1 函数模板语法 函数模板作用: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制定,用一个虚拟的类型 来代表。
语法:
1 2 template <typename T>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:
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 #include <iostream> using namespace std;void swapInt (int & a, int & b) { int temp = a; a = b; b = temp; } void swapDouble (double & a, double & b) { double temp = a; a = b; b = temp; } template <typename T>void mySwap (T& a, T& b) { T temp = a; a = b; b = temp; } void test01 () { int a = 10 ; int b = 20 ; mySwap (a, b); cout << "a = " << a << endl; cout << "b = " << b << endl; mySwap <int >(a, b); cout << "a = " << a << endl; cout << "b = " << b << endl; } int main () { test01 (); return 0 ; }
输出:
1 2 3 4 a = 20 b = 10 a = 10 b = 20
总结:
函数模板利用关键字 template。
使用函数模板有两种方式:自动类型推导、显示指定类型。
模板的目的是为了提高复用性,将类型参数化 。
2.2 函数模板注意事项 注意事项:
自动类型推导,必须推导出一致的数据类型T,才可以使用。
示例:
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 #include <iostream> using namespace std;template <class T>void mySwap (T& a, T& b) { T temp = a; a = b; b = temp; } void test01 () { int a = 10 ; int b = 20 ; char c = 'c' ; mySwap (a, b); } template <class T>void func () { cout << "func 调用" << endl; } void test02 () { func <int >(); } int main () { test01 (); test02 (); return 0 ; }
总结:使用模板时必须确定出通用数据类型T,并且能够推导出一致的类型。
2.3 函数模板案例 案例描述:
利用函数模板封装一个排序的函数,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:
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 #include <iostream> using namespace std;template <typename T>void mySwap (T &a, T&b) { T temp = a; a = b; b = temp; } template <class T > void mySort (T arr[], int len) { for (int i = 0 ; i < len; i++) { int max = i; for (int j = i + 1 ; j < len; j++) { if (arr[max] < arr[j]) { max = j; } } if (max != i) { mySwap (arr[max], arr[i]); } } } template <typename T>void printArray (T arr[], int len) { for (int i = 0 ; i < len; i++) { cout << arr[i] << " " ; } cout << endl; } void test01 () { char charArr[] = "bdcfeagh" ; int num = sizeof (charArr) / sizeof (char ); mySort (charArr, num); printArray (charArr, num); } void test02 () { int intArr[] = { 7 , 5 , 8 , 1 , 3 , 9 , 2 , 4 , 6 }; int num = sizeof (intArr) / sizeof (int ); mySort (intArr, num); printArray (intArr, num); } int main () { test01 (); test02 (); return 0 ; }
输出:
1 2 h g f e d c b a 9 8 7 6 5 4 3 2 1
总结:模板可以提高代码复用,需要熟练掌握。
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:
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 #include <iostream> using namespace std;int myAdd01 (int a, int b) { return a + b; } template <class T>T myAdd02 (T a, T b) { return a + b; } void test01 () { int a = 10 ; int b = 20 ; char c = 'c' ; cout << myAdd01 (a, c) << endl; cout << myAdd02 <int >(a, c) << endl; } int main () { test01 (); return 0 ; }
输出:
总结:建议使用显示指定类型的方式,调用函数模板,因为可以自己确定通用类型T。
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都可以实现,优先调用普通函数。
可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板。
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:
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 #include <iostream> using namespace std;void myPrint (int a, int b) { cout << "调用的普通函数" << endl; } template <typename T>void myPrint (T a, T b) { cout << "调用的模板" << endl; } template <typename T>void myPrint (T a, T b, T c) { cout << "调用重载的模板" << endl; } void test01 () { int a = 10 ; int b = 20 ; myPrint (a, b); myPrint<>(a, b); int c = 30 ; myPrint (a, b, c); char c1 = 'a' ; char c2 = 'b' ; myPrint (c1, c2); } int main () { test01 (); return 0 ; }
输出:
1 2 3 4 调用的普通函数 调用的模板 调用重载的模板 调用的模板
总结:既然提供了函数模板,最好就不要提供普通函数,否则容易出现二义性。
2.6 模板的局限性 局限性:
例如:
1 2 3 4 5 template <class T>void f (T a, T b) { a = b; }
在上述代码中提供的赋值操作,如果传入的a和b是一个数组,就无法实现了。
再例如:
1 2 3 4 5 template <class T>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这样的自定义数据类型,也无法正常运行。
因此C++为了解决这种问题,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:
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 #include <iostream> #include <string> using namespace std;class Person { public : Person (string name, int age) { this ->m_Name = name; this ->m_Age = age; } string m_Name; int m_Age; }; template <class T>bool myCompare (T& a, T& b) { if (a == b) { return true ; } else { return false ; } } template <> bool myCompare (Person &p1, Person &p2) { if ( p1.m_Name == p2.m_Name && p1.m_Age == p2.m_Age) { 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 (); return 0 ; }
输出:
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。
3 类模板 3.1 类模板语法 类模板作用:
建立一个通用类,类中的成员 数据类型可以不具体制定,用一个虚拟的类型 来代表。
语法:
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:
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 #include <iostream> #include <string> using namespace std;template <class NameType , class AgeType > class Person { public : Person (NameType name, AgeType age) { this ->mName = name; this ->mAge = age; } void showPerson () { cout << "name: " << this ->mName << " age: " << this ->mAge << endl; } public : NameType mName; AgeType mAge; }; void test01 () { Person<string, int >P1 ("孙悟空" , 999 ); P1.showPerson (); } int main () { test01 (); return 0 ; }
输出:
总结:类模板和函数模板语法相似,在声明模板template后面加类,此类称为类模板。
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默认参数。
示例:
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 #include <iostream> #include <string> using namespace std;template <class NameType , class AgeType = int > class Person{ public : Person (NameType name, AgeType age) { this ->mName = name; this ->mAge = age; } void showPerson () { cout << "name: " << this ->mName << " age: " << this ->mAge << endl; } public : NameType mName; AgeType mAge; }; void test01 () { Person <string ,int >p ("孙悟空" , 1000 ); p.showPerson (); } void test02 () { Person <string> p ("猪八戒" , 999 ); p.showPerson (); } int main () { test01 (); test02 (); return 0 ; }
输出:
1 2 name: 孙悟空 age: 1000 name: 猪八戒 age: 999
总结:
类模板使用只能用显示指定类型方式。
类模板中的模板参数列表可以有默认参数。
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区别的:
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:
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 #include <iostream> #include <string> using namespace std;class Person1 { public : void showPerson1 () { cout << "Person1 show" << endl; } }; class Person2 { public : void showPerson2 () { cout << "Person2 show" << endl; } }; template <class T >class MyClass { public : T obj; void fun1 () { obj.showPerson1 (); } void fun2 () { obj.showPerson2 (); } }; void test01 () { MyClass<Person1> m; m.fun1 (); } int main () { test01 (); return 0 ; }
输出:
总结:类模板中的成员函数并不是一开始就创建的,在调用时才去创建。
3.4 类模板对象做函数参数 类模板实例化出的对象,向函数传参的方式一共有三种:
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 —- 将这个对象类型 模板化进行传递。
示例:
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 #include <iostream> #include <string> using namespace std;template <class NameType , class AgeType = int > class Person{ public : Person (NameType name, AgeType age) { this ->mName = name; this ->mAge = age; } void showPerson () { cout << "name: " << this ->mName << " age: " << this ->mAge << endl; } public : NameType mName; AgeType mAge; }; void printPerson1 (Person<string, int > &p) { p.showPerson (); } void test01 () { Person <string, int >p ("孙悟空" , 100 ); printPerson1 (p); } template <class T1 , class T2 >void printPerson2 (Person<T1, T2>&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 () { Person <string, int >p ("猪八戒" , 90 ); printPerson2 (p); } template <class T>void printPerson3 (T & p) { cout << "T的类型为: " << typeid (T).name () << endl; p.showPerson (); } void test03 () { Person <string, int >p ("唐僧" , 30 ); printPerson3 (p); } int main () { test01 (); test02 (); test03 (); return 0 ; }
输出:
1 2 3 4 5 6 name: 孙悟空 age: 100 name: 猪八戒 age: 90 T1的类型为: NSt7__cxx1112basic_stringIcSt11char_traitsIcESaIcEEE T2的类型为: i T的类型为: 6PersonINSt7__cxx1112basic_stringIcSt11char_traitsIcESaIcEEEiE name: 唐僧 age: 30
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。
使用比较广泛是第一种:指定传入的类型。
3.5 类模板与继承 当类模板碰到继承时,需要注意一下几点:
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:
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 #include <iostream> using namespace std;template <class T >class Base { T m; }; class Son :public Base<int > { }; void test01 () { Son c; } template <class T1 , class T2 >class Son2 :public Base<T2>{ public : Son2 () { cout << typeid (T1).name () << endl; cout << typeid (T2).name () << endl; } }; void test02 () { Son2<int , char > child1; } int main () { test01 (); test02 (); return 0 ; }
输出:
总结:如果父类是类模板,子类需要指定出父类中T的数据类型。
3.6 类模板成员函数类外实现 示例:
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 #include <iostream> #include <string> using namespace std;template <class T1 , class T2 >class Person {public : Person (T1 name, T2 age); void showPerson () ; public : T1 m_Name; T2 m_Age; }; template <class T1 , class T2 >Person<T1, T2>::Person (T1 name, T2 age) { this ->m_Name = name; this ->m_Age = age; } template <class T1 , class T2 >void Person<T1, T2>::showPerson () { cout << "姓名: " << this ->m_Name << " 年龄:" << this ->m_Age << endl; } void test01 () { Person<string, int > p ("Tom" , 20 ) ; p.showPerson (); } int main () { test01 (); 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。
3.7 类模板分文件编写 问题:
如果.h文件只是类模版的声明,则会产生错误,原因是类模板中成员函数创建时机是在调用阶段,导致分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:将声明和实现写到同一个文件中,并更改后缀名为.hpp,hpp是约定的名称,并不是强制。
示例:
person.hpp中代码:
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 #pragma once #include <iostream> using namespace std;#include <string> template <class T1 , class T2 >class Person {public : Person (T1 name, T2 age); void showPerson () ; public : T1 m_Name; T2 m_Age; }; template <class T1 , class T2 >Person<T1, T2>::Person (T1 name, T2 age) { this ->m_Name = name; this ->m_Age = age; } template <class T1 , class T2 >void Person<T1, T2>::showPerson () { cout << "姓名: " << this ->m_Name << " 年龄:" << this ->m_Age << endl; }
类模板分文件编写.cpp中代码
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 #include <iostream> using namespace std;#include "person.cpp" #include "person.hpp" void test01 () { Person<string, int > p ("Tom" , 10 ) ; p.showPerson (); } int main () { test01 (); return 0 ; }
总结:主流的解决方式是第二种,将类模板成员函数写到一起,并将后缀名改为.hpp。
3.8 类模板与友元
示例:
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 #include <iostream> #include <string> using namespace std;template <class T1 , class T2 > class Person ;template <class T1, class T2>void printPerson2 (Person<T1, T2> & p) { cout << "类外实现 ---- 姓名: " << p.m_Name << " 年龄:" << p.m_Age << endl; } template <class T1 , class T2 >class Person { friend void printPerson (Person<T1, T2> & p) { cout << "姓名: " << p.m_Name << " 年龄:" << p.m_Age << endl; } friend void printPerson2<>(Person<T1, T2> & p); public : Person (T1 name, T2 age) { this ->m_Name = name; this ->m_Age = age; } private : T1 m_Name; T2 m_Age; }; void test01 () { Person <string, int >p ("Tom" , 20 ); printPerson (p); } void test02 () { Person <string, int >p ("Jerry" , 30 ); printPerson2 (p); } int main () { test02 (); 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。
3.9 类模板案例 案例描述: 实现一个通用的数组类,要求如下:
可以对内置数据类型以及自定义数据类型的数据进行存储
将数组中的数据存储到堆区
构造函数中可以传入数组的容量
提供对应的拷贝构造函数以及operator=防止浅拷贝问题
提供尾插法和尾删法对数组中的数据进行增加和删除
可以通过下标的方式访问数组中的元素
可以获取数组中当前元素个数和数组的容量
示例:
myArray.hpp中代码
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类模板案例—数组类封装.cpp中
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