C++学习笔记之函数模板、类模板、STL初识
文章目录
- 前言
- 一、模板
-
- 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 类模板与函数模板的区别
- 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
- 3.10 自定义类型是类模板的参数，构造函数哪个先
- 二、STL初识
-
- 1. STL概念
- 2. STL六大组件
- 3. STL中容器、算法、迭代器
-
- 容器：存储数据的数据结构
- 算法：Algorithms
- 迭代器：容器和算法之间粘合剂
- 4. 容器算法迭代器初识
-
- 4.1 Vector存放内置数据类型
- 4.2 Vector存放自定义数据类型
- 4.3 Vector容器嵌套容器
前言
C++提高编程：主要针对C++泛型编程和STL技术做详细讲解
一、模板
1. 模板的概念
模板是泛型编程的基础，泛型编程即以一种独立于任何特定类型的方式编写代码。
模板是创建泛型类或函数的蓝图或公式。库容器，比如迭代器和算法，都是泛型编程的例子，它们都使用了模板的概念。
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制定，用一个虚拟的类型来代表
语法：template 函数声明或定义
解释：
template(模板） — 声明创建模板
typename — 表明其后面的符合是一种数据类型，可以用class代替
T — 通用的数据类型，名称可以代替，通常为大写字母
代码如下（示例）：
//交换两个整型函数
void swapInt(int& a, int& b)//用引用交换的是本体，相当于地址传递
{
int temp = a;
a = b;
b = temp;
}
//交换两个浮点型函数
void swapDouble(double& a, double& b)
{
double temp = a;
a = b;
b = temp;
}
//函数模板
template<typename T> //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);
cout<<"a="<<a<<endl;//20
cout<<"b="<<b<<endl;//10
//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); //因为a是int型，b也是int型。使用编译器推导出T是int型
//2.显示指定类型
myswap<int>(a, b);
cout << "a= " << a << endl;
cout << "b= " << b << endl;
}
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
代码如下（示例）：
//利用模板提供通用的交换函数
template<class T> //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！推导不出一致的T类型
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<class T>
void func()
{
cout << "func函数的调用" << endl;
}
void test02()
{
//func(); 报错，因为这个是模板函数，必须确定T的数据类型
func<int>();
}
2.3 函数模板案例
案例概述：
- 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
- 排序规则由大到小，排序算法为选择排序
- 分别利用char数组和int数组进行测试
代码如下（示例）：
template<typename T>
void mysort(T arr[], int len) //选择排序
{
for (int i = 0; i < len; i++)
{
int min = i;
for (int j = i + 1; j < len; j++)
{
if (arr[j] < arr[min]) {
min = j;
}
}
if (min != i)
{
T temp = arr[i];
arr[i] = arr[min];
arr[min] = temp;
}
}
}
template<class T>
void myprintf(T arr[], int len)
{
for (int i = 0; i < len; i++)
{
cout << arr[i] << " " ;
}
}
void test01()
{
//测试char数组
char arr[] = "baderc";
int len = strlen(arr); //用sizeof()会把字符数组中的'/0'符合读取进去
mysort<char>(arr, len);
myprintf<char>(arr ,len);
//测试int整型数组
int arr1[] = { 5,8,6,9,1,2 };
int len1 = sizeof(arr1) / sizeof(arr1[0]);
mysort<int>(arr1, len1);
myprintf<int>(arr1, len1);
}
2.4 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
- 如果利用显示指定类型的方式，可以发生隐式类型转换
代码如下（示例）：
//普通函数
int myadd01(int a, int b)
{
return a + b;
}
//函数模板
template<typename T>
T myadd02(T a, T b)
{
return a + b;
}
void test01()
{
int a = 10;
int b = 20;
char c = 'a'; // a --- 97
cout << myadd01(a, b) << endl; //30
cout << myadd01(a, c) << endl; //107 编译器将char型数据转换为int型
//cout << myadd02(a, c) << endl; //报错，自动类型推导不会发生隐式类型转换，不会把char型转换为int型
cout << myadd02<char>(a, c) << endl; // k
cout << myadd02<int>(a, c) << endl; //107
}
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
代码如下（示例）：
//普通函数
void myprintf(int a, int b)
{
cout << "调用的普通函数" << endl;
}
//函数模板
template<typename T>
void myprintf(T a, T b)
{
cout << "调用的模板" << endl;
}
//函数模板可以重载
template<typename T>
void myprintf(T a, T b, T c)
{
cout << "调用重载的模板" << endl;
}
void test01()
{
int a = 10;
int b = 20;
myprintf(a, b);//允许普通函数和函数模板同时存在，但优先调用普通函数
//通过空模板参数列表，强制调用函数模板
myprintf<>(a, b);
//myprintf(a,b,100);
//4.如果函数模板可以产生更好的匹配，优先调用函数模板
char c1 = 'a';
char c2 = 'b';
myprintf(c1, c2); //调用的模板，因为如果调用函数，还需要隐式类型转换
}
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：
template<class T>
void function(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
再例如：
template<class T>
void f(T a, T b)
{
if(a > b){...}
}
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
可以进行运算符重载，另一种方法是提供具体化的模板
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
代码如下（示例）：
//创建一个person类
class person
{
public:
person(string name, int age)
{
this->m_age = age;
this->m_name = name;
}
string m_name; //姓名
int m_age; //年龄
};
//对比两个数据是否相等函数
template<class T>
bool mycompare(T &a, T &b)
{
return a == b;
}
//模板重载，具体化
//这样就能对比自定义类型的数据了
template<> bool mycompare(person& p1, person& p2)
{
return p1.m_name == p2.m_name && p1.m_age == p2.m_age;
}
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("张三", 10);
person p2("李四", 20);
bool ret = mycompare(p1, p2);
if (ret) cout << "p1 == p2" << endl;
else cout << "p1 != p2" << endl;
}
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<typename T>
类
代码如下（示例）：
template<typename nametype,typename agetype>
class person
{
public:
person(nametype name, agetype age)
{
this->m_age = age;
this->m_name = name;
}
nametype m_name;
agetype m_age;
};
void test01()
{
person<string, int> p1("张三",10);
cout << "name = " << p1.m_name << " " << "age = " << p1.m_age << endl;
}
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 类模板与函数模板的区别
区别有两点：
- 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
代码如下（示例）：
#include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
代码如下（示例）：
#include总结
- 类模板中的成员函数不是一开始就创建的，只是在调用时才去创建
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
有三种传入方式：
1.指定传入类型 — 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
代码如下（示例）：
#include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
#include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
代码如下（示例）：
#include3.7 类模板分文件编写
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：
- 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
代码如下（示例）：
// 方式1
// person.h文件
#pragma once
#include// person.cpp 文件
#include "person.h"
// 构造函数类外实现
template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age)
{
this->m_Age = age;
this->m_Name = name;
}
// 成员函数类外实现
template<class T1, class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson()
{
cout<<"姓名： "<< this->m_Name <<" " << "年龄： " << this->m_Age << endl;
}
// 运用方式1，主函数文件要包含.cpp源文件
// 如果用方式2，将声明和实现同一个文件中，并改后缀名为.hpp，然后主函数文件引入
#include3.8 类模板与友元
实现：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
总结：用类内实现就好，用法简单
//类内实现
#include#include3.9 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
#include3.10 自定义类型是类模板的参数，构造函数哪个先
#include
二、STL初识
1. STL概念
- C++的面向对象和泛型编程思想，目的就是复用性的提升
- STL（standard template library)，标准模板库
- STL从广义上分为：容器（container）算法（algorithm）迭代器（iterator）
- 容器和算法之间通过迭代器进行无缝连接
- STL 几乎所有的代码都采用了模板类和模板函数
2. STL六大组件
STL大体分为六大组件，分别是：容器、算法、迭代器、仿函数、适配器(配接器)、空间配置器
- 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
3. STL中容器、算法、迭代器
容器：存储数据的数据结构
STL容器就是将应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
这些容器分为序列式容器和关联式容器两种：
- 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
- 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
算法：Algorithms
算法分为：质变算法和非质变算法
- 质变算法：是指运算过程中会更改区间中的元素的内容，例如拷贝，替换，删除等等
- 非质变算法：是指运算过程中不会更改区间中的元素内容，例如查找、计数、遍历、寻找极值等等
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。
某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
迭代器种类：
| 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、<、<=、>、>= |
常用的容器中迭代器种类为双向迭代器，和随机访问迭代器
4. 容器算法迭代器初识
STL中最常用的容器为Vector，可以理解为数组，下面将学习如何向这个容器中插入数据、并遍历这个容器
4.1 Vector存放内置数据类型
容器：vector
算法：for_each
迭代器：vector
#include ::iterator 拿到vector这种容器的迭代器类型
vector<int>::iterator pBegin = v.begin(); // 指向第一个数据
vector<int>::iterator pEnd = v.end(); // 指向最后一个数据的下一个位置
// 第一种遍历方式
while(pBegin != pEnd)
{
cout<< *pBegin << endl;
pBegin++;
}
// 第二种遍历方式
for(vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++)
{
cout << *it << endl;
}
// 第三种遍历方式
// 使用STL提供标准遍历算法 需要头文件 algorithm
for_each(v.begin(), v.end(), MyPrint);
}
int main()
{
test01();
return 0;
}
4.2 Vector存放自定义数据类型
学习目标：vector中存放自定义数据类型，并打印输出
#include4.3 Vector容器嵌套容器
学习目标：容器中嵌套容器，我们将所以数据进行遍历输出
#include