目录
1 模板的概念
2 函数模板
2.1 函数模板语法
2.2 函数模板注意事项
2.3 函数模板案例
2.4 普通函数与函数模板的区别
2.5 普通函数与函数模板的调用规则
2.6 模板的局限性
3 类模板
3.1 类模板语法
3.2 类模板与函数模板区别
3.3 类模板中成员函数创建时机
3.4 类模板对象做函数参数
3.5 类模板与继承
3.6 类模板成员函数类外实现
3.7 类模板分文件编写
3.8 类模板与友元
3.9 类模板案例
1 模板的概念
模板就是建立通用的模具,大大提高复用性
例如生活中的模板 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
○C++提供两种模板机制:函数模板和类模板
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 --- 表示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
#includeusing namespace std; //函数模板 //两个整型交换函数 void swapInt(int &a,int &b) { int temp = a; a = b; b = temp; } //交换两个浮点型函数 void swapDouble(double &a, double &b) { int temp = a; a = b; b = temp; } //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是一个通用数据类型 void mySwap(T &a, T &b) { T temp = a; a = b; b = temp; } void test01() { int a = 10; int b = 20; // swapInt(a, b); //利用函数模板交换 //两种方式使用函数模板 //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; // double c = 1.1; // double d = 2.2; // // swapDouble(c, d); // cout << "c = " << c << endl; // cout << "d = " << d << endl; } int main(){ test01(); system("pause"); return 0; }
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
○模板必须要确定出T的数据类型,才可以使用
#includeusing namespace std; //函数模板注意事项 template //typename可以替换成class 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 // mySwap(a, c);//错误 cout << "a = " << a << endl; cout << "b = " << b << endl; } //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 working" << endl; } void test02() { func (); } int main(){ test01(); test02(); system("pause"); 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
#includeusing 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; // 认定最大值的下标 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]); } } } //提供打印数组模板 template void printArray(T arr[], int len) { for (int i = 0; i < len; i++) { cout << arr[i] << " "; } cout << 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, 9, 2, 4, 6, 8}; int num = sizeof(intArr) / sizeof(int); mySort(intArr, num); printArray(intArr, num); } int main(){ test01(); test02(); system("pause"); return 0; }
2.4 普通函数与函数模板的区别
普通函数与函数模板的区别:
○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
○如果利用指定类型的方式,可以发生隐式类型转换
#includeusing namespace std; //普通函数与函数模板区别 //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'; cout << myAdd01(a, c) << endl; //自动类型推导 // cout << myAdd02(a, b) << endl; //显示指定类型 会发生隐式类型转换 cout << myAdd02 (a, c) << endl; } int main(){ test01(); system("pause"); return 0; }
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:
1.如果函数模板和普通函数都可以实现,优先调用普通函数
2.可以通过空模板参数列表来强调调用函数模板
3.函数模板也可以发生重载
4.如果函数模板可以产生更好的匹配,优先调用函数模板
#includeusing namespace std; //普通函数与函数模板的调用规则 //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 参数模板 //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) { cout << "call the function" << endl; } template void myPrint(T a, T b) { cout << "call the template" << endl; } template void myPrint(T a, T b, T c) { cout << "call the reload template" << endl; } void test01() { int a = 10; int b = 20; //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 myPrint(a, b); //2、通过空模板参数列表,强制调用函数模板 myPrint<>(a, b); //3、函数模板可以发生函数重载 myPrint(a, b, 100); //4、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); } 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,否则容易出现二义性
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:
templatevoid 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:
templatevoid f(T a, T b) { 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,可以为这些特点的类型提供具体化的模板
#includeusing namespace std; #include //模板局限性 //模板并不是万能的,有些特定数据类型,需要用具体化方式做特殊实现 class Person { public: Person(string name, int age) { this->m_Name = name; this->m_Age = age; } //姓名 string m_Name; //年龄 int m_Age; }; //对比两个数据是否相等函数 template bool myCompare(T &a,T &b) { if(a == b) { return true; } else { return false; } } //利用具体化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_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(); system("pause"); return 0; }
总结:
○利用具体化的目标,可以解决自定义类型的通用化
○学习目标并不是为了写模板,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:
template类
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
#includeusing namespace std; #include //类模板 template class Person { public: Person(NameType name, AgeType age) { this->m_Name = name; this->m_Age = age; } void showPerson() { cout << "name: " << this->m_Name << " age: " << this->m_Age << endl; } NameType m_Name; AgeType m_Age; }; void test01() { Person p1("wukong", 999); p1.showPerson(); } int main(){ test01(); system("pause"); return 0; }
总结:类模板和函数模板语法相似,在声明模板template后面加类,此类成为类模板
3.2 类模板与函数模板区别
类模板与函数模板的区别主要有两点:
1.类模板没有自动类型推导的使用方式
2.类模板在模板参数列表中可以有默认参数
#includeusing namespace std; #include //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; } void showPerson() { cout << "name: " << this->m_Name << " age: " << this->m_Age << endl; } NameType m_Name; AgeType m_Age; }; //1、类模板没有自动类型推导使用方式 void test01() { // Person p("wukong", 1000); 错误,无法自动类型推导 Person p("wukong", 1000); p.showPerson(); } //2、类模板在模板参数列表中可以有默认参数 void test02() { Person p2("bajie", 999); p2.showPerson(); } int main(){ test01(); test02(); system("pause"); return 0; }
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
#includeusing namespace std; //类模板中成员函数创建时机 //1、类模板中成员函数在调用时采取创建 class Person1 { public: void showPerson1() { cout << "Person1 show" << endl; } }; class Person2 { public: void showPerson2() { cout << "Person1 show" << endl; } }; template class MyClass { public: T obj; //类模板中的成员函数 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
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:
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
#includeusing namespace std; #include //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 << " name: " << this->m_Name << endl; cout << " age: " << this->m_Age << endl; } T1 m_Name; T1 m_Age; }; //1、指定传入类型 void printPerson1(Person &p) { p.showPerson(); } void test01() { Person p1("wukong", 999); printPerson1(p1); } //2、参数模板化 template void printPerson2(Person &p) { p.showPerson(); cout << "T1's type is : " << typeid(T1).name() << endl; cout << "T2's type is : " << typeid(T2).name() << endl; } void test02() { Person p2("bajie", 50); printPerson2(p2); } //3、整个类模板化 template void printPerson3(T &p) { p.showPerson(); cout << "T's type is : " << typeid(T).name() << endl; } void test03() { Person p3("tangseng", 30); printPerson3(p3); } int main(){ 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
○使用比较广泛的是第一种: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,子类与需要变为类模板
#includeusing namespace std; //类模板与继承 template class Base { T m; }; // class Son : public Base //错误,必须要知道父类中的T类型,才能继承给子类 class Son : public Base { }; void test01() { Son s1; } //如果想灵活指定父类中T类型,子类也需要变为类模板 template class Son2 : public Base { public: Son2() { cout << "T1's type is : " << typeid(T1).name() << endl; cout << "T2's type is : " << typeid(T2).name() << endl; } T1 obj; }; void test02() { Son2 S2; } int main(){ // test01(); test02(); system("pause"); return 0; }
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
学习目标:能够掌握类模板中的成员函数类外实现
#includeusing namespace std; #include //类模板中成员函数类外实现 template class Person { public: Person(T1 name, T2 age); // { // this->m_Name = name; // this->m_Age = age; // } void showPerson(); // { // cout << " name: " << this->m_Name << endl; // cout << " age: " << this->m_Age << endl; // } T1 m_Name; T2 m_Age; }; //构造函数类外实现 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 << " name: " << this->m_Name << endl; cout << " age: " << this->m_Age << endl; } void test01() { Person P("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
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,导致分文件编写时链接不到
解决:
1.直接包含.cpp源文件
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
#pragma once #includeusing namespace std; #include 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_Name = name; this->m_Age = age; } template void Person ::showPerson() { cout << " name: " << this->m_Name << endl; cout << " age: " << this->m_Age << endl; }
#includeusing namespace std; #include //第一种解决方式,直接包含源文件 // #include "person.cpp" //第二种解决方式,将.h和.cpp中的内容写到一起,将后缀名改为.hpp文件 #include "person.hpp" //类模板分文件编写问题以及解决 // 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_Name = name; // this->m_Age = age; // } // template // void Person ::showPerson() // { // cout << " name: " << this->m_Name << endl; // cout << " age: " << this->m_Age << endl; // } void test01() { Person p("Jerry", 18); p.showPerson(); } int main(){ test01(); system("pause"); 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
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
#includeusing namespace std; #include //通过全局函数 打印Person信息 //提前让编译器知道Person类的存在 template class Person; //类外实现 template void printPerson2(Person p) { cout << "out name: " << p.m_Name << endl; cout << "out age: " << p.m_Age << endl; } template class Person { //全局函数 类内实现 friend void printPerson(Person p) { cout << " name: " << p.m_Name << endl; cout << " age: " << p.m_Age << endl; } //全局函数 类外实现 //加空模板参数列表 //如果全局函数 是类外实现,需要让编译器提前知道这个函数的存在 friend void printPerson2<>(Person p); public: Person(T1 name, T2 age) { this->m_Name = name; this->m_Age = age; } private: T1 m_Name; T2 m_Age; }; //1、全局函数在类内实现 void test01() { Person p("Tom", 20); printPerson(p); } //2、全局函数在类外实现 void test02() { Person p("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
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
//自己的通用的数组类 #pragma once #includeusing namespace std; template class MyArray { public: //有参构造 参数 容量 MyArray(int capacity) { // cout << "MyArray construct called" << endl; this->m_Capacity = capacity; this->m_Size = 0; this->pAddress = new T[this->m_Capacity]; } //拷贝构造 MyArray(const MyArray& arr) { // cout << "MyArray copy construct called" << endl; this->m_Capacity = arr.m_Capacity; this->m_Size = arr.m_Size; // this->pAddress = arr.pAddress; // 浅拷贝 //深拷贝 this->pAddress = new T[arr.m_Capacity]; //将arr中的数据都拷贝过来 for (int i = 0; i < this->m_Size; i++) { this->pAddress[i] = arr.pAddress[i]; } } //operator= 防止浅拷贝问题 MyArray& operator=(const MyArray& arr) { // cout << "MyArray operator called" << endl; //先判断原来堆区是否有数据,如果有先释放 if (this->pAddress != NULL) { delete[] this->pAddress; this->pAddress = NULL; this->m_Capacity = 0; this->m_Size = 0; } //深拷贝 this->m_Capacity = arr.m_Capacity; this->m_Size = arr.m_Size; this->pAddress = new T[arr.m_Capacity]; for (int i = 0; i < this->m_Size; i++) { this->pAddress[i] = arr.pAddress[i]; } return *this; } //尾插法 void Push_Back(const T & val) { //判断容量是否等于大小 if(this->m_Capacity == this->m_Size) { return; } this->pAddress[this->m_Size] = val; //在数组末尾插入数据 this->m_Size++;//更新数组大小 } //尾删法 void Pop_Back() { //让用户访问不到最后一个元素,即为尾删,逻辑删除 if(this->m_Size == 0) { return; } this->m_Size--; } //通过下标方式访问数组中的元素 T& operator[](int index) { return this->pAddress[index]; } //返回数组容量 int getCapacity() { return this->m_Capacity; } //返回数组大小 int getSize() { return this->m_Size; } //析构函数 ~MyArray() { if(this->pAddress != NULL) { // cout << "MyArray deconstruct called" << endl; delete[] this->pAddress; this->pAddress = NULL; } } private: T *pAddress;//指针指向堆区开辟的真实数组 int m_Capacity;//数组容量 int m_Size;//数组大小 };
#includeusing namespace std; #include "MyArray.hpp" #include void printIntArray(MyArray & arr) { for (int i = 0; i < arr.getSize(); i++) { cout << arr[i] << endl; } } void test01() { MyArray arr1(5); for (int i = 0; i < 5; i++) { //利用尾插法向数组中插入数据 arr1.Push_Back(i); } cout << "arr1's output is : " << endl; printIntArray(arr1); cout << "arr1's capacity is : " << arr1.getCapacity() << endl; cout << "arr1's size is :" << arr1.getSize() << endl; MyArray arr2(arr1); cout << "arr2's output is : " << endl; printIntArray(arr2); //尾删 arr2.Pop_Back(); cout << "arr2 after pop" << endl; cout << "arr2's after pop capacity is : " << arr2.getCapacity() << endl; cout << "arr2's after pop size is :" << arr2.getSize() << endl; // MyArray arr3(100); // arr3 = arr1; } //测试自定义数据类型 class Person { public: Person(){}; Person(string name, int age) { this->m_Name = name; this->m_Age = age; } string m_Name; int m_Age; }; void printPersonArray(MyArray & arr) { for (int i = 0; i < arr.getSize(); i++) { cout << "name: " << arr[i].m_Name << endl; cout << "age: " << arr[i].m_Age << endl; } } void test02() { MyArray arr(10); Person p1("wukong", 999); Person p2("hanxin", 20); Person p3("daji", 21); Person p4("zhaoyun", 22); Person p5("anqila", 23); //将数据插入到数组中 arr.Push_Back(p1); arr.Push_Back(p2); arr.Push_Back(p3); arr.Push_Back(p4); arr.Push_Back(p5); //打印数组 printPersonArray(arr); //输出容量 cout << "arr's capacity is : " << arr.getCapacity() << endl; //输出大小 cout << "arr's size is : " << arr.getSize() << endl; } int main(){ // test01(); test02(); system("pause"); return 0; }



