C++学习笔记13--模板
模板
- 1.1 模板的概念
- 1.2 函数模板
-
- 1.2.1 函数模板语法
- 1.2.2 函数模板注意事项
- 1.2.3 函数模板案例
- 1.2.4 普通函数和函数模板的区别
- 1.2.5 普通函数和函数模板的调用规则
- 1.2.6 模板的局限性
- 1.3 类模板
-
- 1.3.1 类模板语法
- 1.3.2 类模板和函数模板的区别
- 1.3.3 类模板成员函数创建时机
- 1.3.4 类模板对象做函数参数
- 1.3.5 类模板与继承
- 1.3.6 类模板成员函数的类外实现
- 1.3.7 类模板的分文件编写
- 1.3.8 类模板和友元
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
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
1.2 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
1.2.1 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 — 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
举例
普通写法
//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)
{
double temp = a;
a = b;
b = temp;
}
函数模板写法
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;
//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;
}
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
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 调用" << endl;
}
void test02()
{
//func(); //错误，未指定 T
func<int>();
}
1.2.3 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
//交换函数模板
template<class T>
void mySwap(T&a, T&b)
{
T temp = a;
a = b;
b = temp;
}
//排序算法
template<class T>
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 要下，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<class T>
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);
}
1.2.4 普通函数和函数模板的区别
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
//普通函数
int myAdd01(int a , int b)
{
return a + b;
}
//函数模板
template<class T>
T myAdd02(T a , T b)
{
return a + b;
}
void test01()
{
int a = 10;
int b = 20;
char c = 'c'; // a - 97 c - 99
cout << myAdd01(a, c) << endl; // 隐式类型转换：把字符型 c 转换为整型的ASCII码 99
//自动类型推导 不会发生隐式类型转换
//cout << myAdd02(a, c) << endl;
//显示指定类型 会发生隐式类型转换
cout << myAdd02<int>(a, c) << endl;
}
1.2.5 普通函数和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
代码举例
void myPrint(int a, int b)
{
cout << "调用的普通函数" << endl << endl;
}
template<class T>
void myPrint(T a, T b)
{
cout << "调用的模板" << endl << endl;
}
//函数重载
template<class T>
void myPrint(T a, T b, T c)
{
cout << "调用重载的模板" << endl << endl;
}
void test01()
{
int a = 10;
int b = 20;
myPrint(a, b); // 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); //通过空模板参数列表，强制调用函数模板
myPrint(a, b, 100); // 函数模板可以发生重载
// 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);
}
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;
}
在上述代码中提供的赋值操作,如果传入的a和b是一个数组，就无法实现了
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 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
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<class T>
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", 11);
bool ret = myCompare(p1, p2);
if (ret)
{
cout << "p1 == p2" << endl;
}
else
{
cout << "p1 != p2" << endl;
}
}
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
template<class NameType, class AgeType>
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<string, int> p1("孙悟空", 999);
p1.showPerson();
}
1.3.2 类模板和函数模板的区别
类模板与函数模板区别主要有两点：
1. 类模板没有自动类型推导的使用方式
template<class NameType,class AgeType>
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("孙悟空", 1000); 错误，无法用自动类型推导
Person<string, int>p("孙悟空", 1000); //正确，只能用显示指定类型
p.showPerson();
}
2. 类模板在模板参数列表中可以有默认参数
template<class NameType,class AgeType = int>
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 test02()
{
Person<string>p("猪八戒", 999);
p.showPerson();
}
1.3.3 类模板成员函数创建时机
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
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; //创建一个数据类型不确定的成员
//类模板中的成员函数
void func1()
{
obj.showPerson1();
}
void func2() // func1 和 func2 在未调用时不会创建，
//因为系统不确定 obj 是什么数据类型
{
obj.showPerson2();
}
};
void test01()
{
MyClass<Person2>m;
//m.func1();
m.func2();
}
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：将这个对象类型模板化进行传递
template<class T1,class T2>
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
void printPerson1(Person<string, int>&p)
{
p.showPerson();
}
void test01()
{
Person<string, int>p("孙悟空", 100);
printPerson1(p);
}
//2、参数模板化
template<class T1,class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2>&p)
{
p.showPerson();
cout << "T1 的类型为： " << typeid(T1).name() << endl;
// 此方法可以看出编译器怎么推出来 T 是什么数据类型
cout << "T2 的类型为： " << typeid(T2).name() << endl;
}
void test02()
{
Person<string, int>p("猪八戒", 90);
printPerson2(p);
}
//3、整个类模板化
template<class T>
void printPerson3( T &p)
{
p.showPerson();
cout << "T的数据类型为： " << typeid(T).name() << endl;
}
void test03()
{
Person<string, int>p("唐僧", 30);
printPerson3(p);
}
1.3.5 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
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
{
};
//如果想灵活指定父类中T类型，子类也需要变类模板
template
class Son2 :public Base
{
public:
Son2()
{
cout << "T1的类型为： " << typeid(T1).name() << endl;
cout << "T2的类型为： " << typeid(T2).name() << endl;
}
T1 obj;
};
1.3.6 类模板成员函数的类外实现
template<class T1,class T2>
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;
};
//构造函数类外实现
template<class T1,class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age)
{
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}
//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;
}
1.3.7 类模板的分文件编写
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
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
.hpp文件
#pragma once
#include main函数文件
#include1.3.8 类模板和友元
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
全局函数在类内实现
template<class T1,class T2>
class Person
{
//全局函数 类内实现
friend void printPerson(Person<T1,T2> p)
{
cout << "姓名： " << p.m_Name << " 年龄： " << p.m_Age << endl;
}
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);
}
全局函数在类外实现
//提前让编译器知道Person类存在
template<class T1, class T2>
class Person;
//类外实现
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
{
//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<T1, T2> p);
public:
Person(T1 name, T2 age)
{
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}
private:
T1 m_Name;
T2 m_Age;
};
//2、全局函数在类外实现
void test02()
{
Person<string, int>p("Jerry", 20);
printPerson2(p);
}