【C++】黑马程序员C++提高编程（未完）（更新于10/31）

目录

• 一、模板
• •     1.1 函数模板
  • •        1.1.1 函数模板基础知识
  •     案例一： 数组排序
  • •        1.2.1 普通函数与函数模板
    •        1.2.2 函数模板的局限性
  •     1.2 类模板
  • •        1.2.1 类模板的基础知识
    •        1.2.2 类模板与函数模板
    •        1.2.3 类模板中的成员函数创建时机
    •        1.2.4 类模板成员函数类外实现
    •        1.2.5 类模板的对象做函数参数
    •        1.2.6 类模板与继承
    •        1.2.7 类模板分文件编写
    •        1.2.8 类模板与友元
  •     案例二： 通用的数组类
• 二、STL
• •     2.1 STL的基础知识
  •     2.2 STL中的容器，算法，迭代器
  • •        2.2.1 用vector对容器算法迭代器再认识
    • •            1. vector存放内置数据类型
      •            2. vector存放自定义数据类型
      •            3. vector容器嵌套容器
  •    
  • •       
    • •           

---

提高阶段主要针对泛型编程和STL技术

一、模板

    模板就是建立通用的模具，大大提高复用性,也是泛型编程的思想。C++提供两种模板机制：①函数模板 ②类模板

注意：
    ① 模板不是万能的。
    ② 模板不能直接使用。

    1.1 函数模板        1.1.1 函数模板基础知识

            语法：

template     
函数声明或定义

             解释：template— 声明创建模板；typename — 可以用class代替；T — 通用的数据类型
            使用：①自动类型推导 ②显示指定类型

意义：提高复用性，将类型参数化。

//函数模板的使用
template
void MySwap(T& a, T& b)
{
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	MySwap(a, b);//自动类型推导
	MySwap(a, b);//显示类型推导
	cout << "a=" << a << "b=" << b << endl;
	return 0;
}

注意：

    ① 自动类型推导，必须推导出一致的数据类型T。
    ② 模板必须要确定出T的数据类型，才可以使用，因为自动类型推导推不出来。

//自动类型推导必须推出一致的类型
template
void MySwap(T& a, T& b)
{
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}
int main()
{
	int a = 10;
	double b = 20;
	MySwap(a, b);//err
	cout << "a=" << a << "b=" << b << endl;
	return 0;
}

//模板必须要确定出T的数据类型，才可以使用
template
void MySwap( )
{
	cout << "MySwap的调用";
}
int main()
{
	MySwap( );//err 自动类型推导推导不出数据类型
	MySwap();//显示指定类型强制推导数据类型
	return 0;
}

    案例一： 数组排序

问题描述：
    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

//交换模板
template 
void MySwap(T& a, T& b)
{
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}
//打印模板
template
void MyPrint(T arr[], int sz)
{
	for (int i = 0; i < sz; i++)
	{
		cout << arr[i];
	}
}
//排序模板
template
void MySort(T arr[], int sz)
{
	for (int i = 0; i < sz; i++)
	{
		T max = arr[i];
		for (int j = i + 1; j < sz; j++)
		{
			if (arr[j] > arr[i])
			{
				MySwap(arr[j], arr[i]);
			}
		}
	}
	MyPrint(arr,sz);
}

int main()
{
	//字符数组测试
	char arr1[] = "badcfeg";
	MySort(arr1, sizeof(arr1) / sizeof(char));
	//整形数组测试
	int arr2[] = { 1,3,4,5,2,6,7,9 };
	MySort(arr2, sizeof(arr2) / sizeof(int));
}

       1.2.1 普通函数与函数模板

普通函数与函数模板的区别：

1. 普通函数调用时可以发生自动类型转换（隐式类型转换）
2. 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
3. 如果利用显示指定类型的方式，可以发生隐式类型转换

//普通函数
int add(int a, int b)
{
	return a + b;
}
//函数模板
template 
T MyAdd(T a, T b)
{
	return a + b;
}
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	char c = a;
	cout<< add(a, b) <(a, c) << endl;//显示显示指定类型可以进行隐式类型转换
}

普通函数与函数模板调用规则：

1. 同名普通函数与函数模板，优先调用普通函数。
2. 可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板。
3. 如果函数模板可以产生更好的匹配,优先调用函数模板
4. 函数模板可以函数重载

void print(int a)
{
	cout << "普通函数调用" << endl;
}
template 
void print(T a)
{
	cout << "函数模板调用" << endl;
}
template 
void print(T a, T b)
{
	cout << "重载调用" << endl;
}
int main()
{
	int a = 10;
	//1.同名普通函数与函数模板，优先调用普通函数。
	print(a);//输出：普通函数调用

	//2.可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板。
	print<>(a);//输出：函数模板调用

	//3.如果函数模板可以产生更好的匹配,优先调用函数模板
	char c = a;
	print(c);//输出：函数模板调用

	//4.函数模板可以函数重载
	print(a, 1);//输出：重载调用
}

       1.2.2 函数模板的局限性

❗ 模板的通用性并不是万能的

template
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是一个数组或是一个类，就无法实现了

✅ 可以为这些特定的类型提供具体化的模板

class person
{
public:

	person(string name,int age)
	{
		this->age = age;
		this->name = name;
	}
	string name;
	int age;
};

template 
bool test(T a, T b)
{
	if (a == b)
		return true;
	else
		return false;
}
//特定的类型提供具体化的模板
//具体化优先于常规模板
template<>bool test(person p1, person p2)
{
	if (p1.age == p2.age && p1.name == p2.name)
		return true;
	else
		return false;
}
int main()
{
	person p1("张三", 10);
	person p2("张三", 10);
	if (test(p1, p2))
		cout << "a==b" << endl;
	else
		cout << "a!=b" << endl;
}

    1.2 类模板        1.2.1 类模板的基础知识

            语法：

template     
函数声明或定义

             解释：template— 声明创建模板；typename — 可以用class代替；T — 通用的数据类型

            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

//类模板的使用
template 
class person
{
public:
	person(NameType name,AgeType age)
	{
		this->name = name;
		this->age = age;
	}
	NameType name;
	AgeType age;
};
int main()
{
	person p("xiyang", 18);
}

       1.2.2 类模板与函数模板

两者使用的区别主要有两个：

1. 类模板无法进行自动类型推导。
2. 类模板在模板的参数列表中可以有默认参数。

template 
class person
{
public:
	person(NameType name,AgeType age)
	{
		this->name = name;
		this->age = age;
	}
	NameType name;
	AgeType age;
};
int main()
{
	//1.类模板没有自动类型推导
	person p1("xiyang", 18);//err
	//2.类模板在模板参数列表中可以有默认参数
	person p2("xiyang", 18);
	person p3("xiyang",18.1);
	cout << p3.age;//输出：18
}

       1.2.3 类模板中的成员函数创建时机

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：

1. 普通类中成员函数一开始就创建。
2. 类模板中的成员函数只有调用时才创建。

class person1
{
public:
	void test1()
	{
		cout << "test1()" << endl;
	}
};
class person2
{
public:
	void test2()
	{
		cout << "test2()" << endl;
	}
};
template 
class MyClass
{
public:
	T t;
	void test()
	{
		t.test1();
		t.test2();
	}
};
int main()
{
	MyClass mc;
	//没有编译之前不会报错，编译之后报错
	//说明类模板的成员函数是在调用后创建的
}

       1.2.4 类模板成员函数类外实现

template 
class person
{
public:
	person(T name);
	void print();
	T name;
};
//构造函数的类外实现
template 
person::person(T name)
{
	this->name = name;
}
//成员函数的类外实现
template 
void person::print()
{
	cout << this->name << endl;
}

       1.2.5 类模板的对象做函数参数

有三种方式：

1. 指定传入的类型 — 直接显示对象的数据类型
2. 参数模板化 — 将对象中的参数变为模板进行传递
3. 整个类模板化 — 将这个对象类型 模板化进行传递

template 
class person
{
public:
	person(NameType name,AgeType age)
	{
		this->name = name;
		this->age = age;
	}
	void print()
	{
		cout << this->name  << this->age;
	}
	NameType name;
	AgeType age;
};

void print1(person & p)
{
	p.print();
}

template 
void print2(person &p)
{
	p.print();

	cout << "T1的类型:" << typeid(T1).name() << endl;//模板推出的数据类型
	cout << "T2的类型:" << typeid(T2).name() << endl;
}

template 
void print3(T& p)
{
	p.print();

	cout << "T的数据类型：" << typeid(T).name() << endl;
}
int main()
{
	person p("xiyang", 18);
	// 1.指定传入的类型
	print1(p);
	// 2.参数模板化
	print2(p);
	// 3.整个类模板化
	print3(p);
}

       1.2.6 类模板与继承

注意：
① 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

template 
class base
{
	T m;
};
class Son :public base{};  //err T没有指定类型

class Son1 :public base {};

//灵活指定父类中的T类型，子类也需要变类模板
template 
class Son2 :public base{};

       1.2.7 类模板分文件编写

❗ 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

//person.h
#pragma once
#include 
#include 
using namespace std;
template
class person
{
public:
	person(NameType name,AgeType age);
	void print();
	NameType name;
	AgeType age;
};

//person.cpp
#include "person.h"
template
person::person(NameType name, AgeType age)
{
	this->name = name;
	this->age = age;
}
template
void person::print()
{
	cout << this->age << this->name << endl;
}

//test.cpp
#include "person.h"
int main()
{
	personp("xiyang", 18);
	p.print();
	return 0;
}

✅ 解决方案：
① 在test.cpp中，将 person.h 改为 person.cpp
② 直接将 person.h 和 person.cpp 合并，后缀为.hpp

//person.hpp
#pragma once
#include 
#include 
using namespace std;
template
class person
{
public:
	person(NameType name,AgeType age);
	void print();
	NameType name;
	AgeType age;
};
template
person::person(NameType name, AgeType age)
{
	this->name = name;
	this->age = age;
}
template
void person::print()
{
	cout << this->age << this->name << endl;
}

//test.cpp
#include "person.hpp"
int main()
{
	personp("xiyang", 18);
	p.print();
	return 0;
}

       1.2.8 类模板与友元

• 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

//类模板与友元
template
class person;
template
void print2(person& p)
{
	cout << "类外" << p.age << p.name;
}
template 
class person
{
	//1.全局函数在类内实现
	friend void print1(person &p)
	{
		cout << "类内" << p.age << p.name;
	}
	//2.全局函数类外实现
	//类外实现需要让编译器提前看到，所以全局函数放在前面
	//全局函数放在前面的同时，需要再提前看到person类，所以还需要声明person类
	friend void print2<>(person& p);
public:
	person(T1 name, T2 age)
	{
		this->name = name;
		this->age = age;
	}

private:
	T1 name;
	T2 age;
};

int main()
{
	//全局函数类内实现测试
	person  p1 ("xiyang", 18);
	print1(p1);

	//全局函数类外实现测试
	personp2("xiyang", 19);
	print2(p2);
}

    案例二： 通用的数组类

问题描述：实现一个通用的数组类，要求如下：

1. 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
2. 将数组中的数据存储到堆区
3. 构造函数中可以传入数组的容量
4. 提供对应的拷贝构造函数以及operator=防止浅拷贝问题
5. 提供尾插法和尾删法对数组中的数据进行增加和删除
6. 可以通过下标的方式访问数组中的元素
7. 可以获取数组中当前元素个数和数组的容量

//MyArray.hpp
#pragma once
#include 
#include 
using namespace std;
template 
class MyArray
{
public:
	//构造函数
	MyArray(int capacity)
	{
		this->capacity = capacity;
		this->size = 0;
		this->arr = new T[this->capacity];
	}
	// 拷贝构造——为了解决浅拷贝带来的问题
	MyArray(MyArray& ma)
	{
		this->capacity = ma.capacity;
		this->size = ma.size;
		this->arr = new	T[ma.capacity];
		for (int i = 0; i < ma.size; i++)
		{
			this->arr[i] = ma.arr[i];
		}
	}
	// operator= ——解决浅拷贝带来的问题
	MyArray& operator=(MyArray& ma)
	{
		//赋值前有内容则需要清空
		if (this->capacity != 0)
		{
			this->size = 0;
			this->capacity = 0;
			delete[] this->arr;
			this->arr = NULL;
		}
		this->size = ma.size;
		this->capacity = capacity;
		this->arr = new T[ma.capacity];
		for (int i = 0; i < ma.size; i++)
		{
			this->arr[i] = ma.arr[i];
		}
		return *this;
	}
	//通过下标访问数据
	T& operator[ ](int idex)
	{
		//越界
		if (idex<0 || idex>size)
			exit(0);//强制退出
		return this->arr[idex];
	}
	//尾插
	void PushBack(T val)
	{
		//判断是否满了
		if (this->capacity == this->size)
		{
			return;
		}
		this->arr[this->size] = val;
		this->size++;
	}
	//尾删
	void PopBack()
	{
		//判断是否是空的
		if (this->size == 0)
		{
			return;
		}
		this->size--;
	}
	//获取数组容量
	int GetCapacity()
	{
		return this->capacity;
	}
	//获取数组大小
	int	GetSize()
	{
		return this->size;
	}
	//析构函数
	~MyArray()
	{
		if (this->arr != NULL)
		{
			this->capacity = 0;
			this->size = 0;
			delete[] this->arr;
			this->arr = NULL;
		}
	}
private:
	T* arr; //指向数组
	int capacity; //容量
	int size;  //数组大小
};

//test.cpp
#include "MyArray.hpp"
//测试内置数据类型
void printIntArray(MyArray& arr) {
	for (int i = 0; i < arr.GetSize(); i++) {
		cout << arr[i] << " ";
	}
	cout << endl;
}
void test01()
{
	MyArray array1(10);
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		array1.PushBack(i);
	}
	cout << "array1打印输出：" << endl;
	printIntArray(array1);
	cout << "array1的大小：" << array1.GetSize() << endl;
	cout << "array1的容量：" << array1.GetCapacity() << endl;

	cout << "--------------------------" << endl;
}

//测试自定义数据类型
class Person {
public:
	Person() {}
	Person(string name, int age) {
		this->name = name;
		this->age = age;
	}
public:
	string name;
	int age;
};

void printPersonArray(MyArray& personArr)
{
	for (int i = 0; i < personArr.GetSize(); i++) {
		cout << "姓名：" << personArr[i].name << " 年龄： " << personArr[i].age << endl;
	}
}

void test02()
{
	//创建数组
	MyArray pArray(10);
	Person p1("孙悟空", 30);
	Person p2("韩信", 20);
	Person p3("妲己", 18);
	Person p4("王昭君", 15);
	Person p5("赵云", 24);

	//插入数据
	pArray.PushBack(p1);
	pArray.PushBack(p2);
	pArray.PushBack(p3);
	pArray.PushBack(p4);
	pArray.PushBack(p5);

	printPersonArray(pArray);

	cout << "pArray的大小：" << pArray.GetSize() << endl;
	cout << "pArray的容量：" << pArray.GetCapacity() << endl;

}

int main() 
{
	test01();
	test02();
}

二、STL     2.1 STL的基础知识

            定义：C++ STL（标准模板库）是一套功能强大的 C++ 模板类，提供了通用的模板类和函数，这些模板类和函数可以实现多种流行和常用的算法和数据结构，如向量、链表、队列、栈。

            分类：广义上分为 ：① 容器(container) ② 算法(algorithm) ③ 迭代器(iterator)。其中容器和算法之间通过迭代器进行无缝连接。

            六大组件：容器、算法、迭代器、仿函数、适配器（配接器）、空间配置器

组件名字	作用
容器	各种数据结构，如vector、list、deque、set、map等,用来存放数据
算法	各种常用的算法，如sort、find、copy、for_each等
迭代器	扮演了容器与算法之间的胶合剂
仿函数	行为类似函数，可作为算法的某种策略
适配器	一种用来修饰容器或者仿函数或迭代器接口的东西
空间配置器	负责空间的配置与管理

    2.2 STL中的容器，算法，迭代器

1. 容器：置物之所也。
            STL容器：将运用最广泛的一些数据结构实现出来，常用的数据结构：数组, 链表,树, 栈, 队列, 集合, 映射表 等。
   分类：
   ① 序列式容器: 强调值的排序，序列式容器中的每个元素均有固定的位置。
   ② 关联式容器: 二叉树结构，各元素之间没有严格的物理上的顺序关系。

2. 算法：问题之解法也。
            算法(Algorithms)：有限的步骤，解决逻辑或数学上的问题。
   分类：
   ① 质变算法：是指运算过程中会更改区间内的元素的内容。例如拷贝，替换，删除等等
   ② 非质变算法：是指运算过程中不会更改区间内的元素内容，例如查找、计数、遍历、寻找极值等等

3. 迭代器：容器和算法之间粘合剂。
            提供一种方法，使之能够依序寻访某个容器所含的各个元素，而又无需暴露该容器的内部表示方式。
            每个容器都有自己专属的迭代器。迭代器使用非常类似于指针，初学阶段我们可以先理解迭代器为指针。
   分类如下表：

种类	功能	支持运算
输入迭代器	对数据的只读访问	只读，支持++、==、！=
输出迭代器	对数据的只写访问	只写，支持++
前向迭代器	读写操作，并能向前推进迭代器	读写，支持++、==、！=
双向迭代器	读写操作，并能向前和向后操作	读写，支持++、–，
随机访问迭代器	读写操作，可以以跳跃的方式访问任意数据，功能最强的迭代器	读写，支持++、–、[n]、-n、<、<=、>、>=

       2.2.1 用vector对容器算法迭代器再认识

STL中最常用的容器为vector，可以理解为数组。

           1. vector存放内置数据类型

            容器： vector
            算法： for_each
            迭代器：vector::iterator

//eg
#include//vector容器的头文件
#include//标准算法头文件
using namespace std;
void print(int val)
{
	cout << val;
}
int main()
{
	//创建一个int类型vector容器，相当于int数组
	vector  v;
	//向容器插入数据
	v.push_back(0);
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	//通过迭代器访问容器中的数据
	vector ::iterator ItBegin = v.begin();//起始迭代器，指向容器中的第一个元素
	vector ::iterator ItEnd = v.end();//结束迭代器，指向容器中最后一个元素的下一个位置
	//vector 中：0 1 2 3
	//           |       |
	//         begin    end
	// 
	//第一种遍历方式
	while (ItBegin != ItEnd)
	{
		cout << *ItBegin;
		ItBegin++;
	}
	//第二种遍历方式(相当于整合第一种方式)
	for (vector::iterator begin = v.begin(); begin != v.end(); begin++)
	{
		cout << *begin;
	}
	//第三种遍历方式 
	for_each(v.begin(), v.end(), print);
	

}

           2. vector存放自定义数据类型

// vector存放自定义数据类型
using namespace std;
class person
{
public:
	person(string name, int age)
	{
		this->age = age;
		this->name = name;
	}
	int age;
	string name;
};

int main()
{
	//person类
	vector  v;
	//创建
	person p1("a", 18);
	person p2("b", 18);
	person p3("c", 18);
	person p4("d", 18);
	//向容器中添加数据
	v.push_back(p1);
	v.push_back(p2);
	v.push_back(p3);
	v.push_back(p4);
	//遍历
	for (vector::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++)
	{
		cout << "姓名：" << (*it).age << endl;//it->age
		cout << "年龄：" << (*it).name << endl;//it->name
	}

	//指针类
	vector  v1;
	//向容器中添加数据
	v1.push_back(&p1);
	v1.push_back(&p2);
	v1.push_back(&p3);
	v1.push_back(&p4);
	//遍历
	for (vector::iterator it = v1.begin(); it != v1.end(); it++)
	{
		cout << "姓名：" << (*it)->age << endl;
		cout << "年龄：" << (*it)->name << endl;
	}
}

           3. vector容器嵌套容器

//vector容器嵌套容器
int main() 
{
	//大容器
	vector< vector >  v;
	//小容器
	vector v1;
	vector v2;
	vector v3;
	vector v4;
	//小容器中添加数据
	for (int i = 0; i < 4; i++) {
		v1.push_back(i + 1);
		v2.push_back(i + 2);
		v3.push_back(i + 3);
		v4.push_back(i + 4);
	}
	//将小容器的元素插入到大容器中
	v.push_back(v1);
	v.push_back(v2);
	v.push_back(v3);
	v.push_back(v4);
	//遍历
	for (vector>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++)
	{
		for (vector::iterator vit = (*it).begin(); vit != (*it).end(); vit++) 
		{
			cout << *vit << " ";
		}
		cout << endl;
	}
}

---

注意：
意义：
特点：
❗
✅

                     

            定义：
          ①