c++---模板篇

1、模板

概念：模板就是建立通用的模具，大大提高复用性

特点：

1. 模板不可以直接使用，它只是一个框架
2. 模板的通用并不是万能的

1.1、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

1.1.1、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，用一个虚拟的类型代表

语法：

template
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：

//函数模板
//声明一个模板，告诉编译器后面代码中紧跟着的T不要犯错，T是一个通用数据类0
template
//交换俩个数
void mySwap(T& a, T& b) {
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

void test() {

	//利用模板函数交换
	//1、自动类型推导
	int a = 10;
	int b = 20;
	mySwap(a, b);
	cout << "a:" << a << endl;
	cout << "b:" << b << endl;

	//2、显示指定类型
	double c = 20;
	double d = 40;
	mySwap(c, d);
	cout << "c:" << c << endl;
	cout << "d:" << d << endl;
}

总结：

• 函数模板利用关键字 template

• 使用函数模板有俩种方式：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

1.1.2、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

示例：

//自动类型推导，必须推导出一致的数据类型T，才可以使用
template
//交换俩个数
void mySwap(T& a, T& b) {
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

	int a = 10;
	char c = 'c';
	mySwap(a, c);//报错

//模板必须要确定出T的数据类型，才可以使用
template
void func() {
	cout << "func调用" << endl;
}

void test02() {
	//func();//报错
    func();
}

1.1.3、函数模版案例 – 数组排序

描述：

• 利用函数模版封装一个排序的函数，可以对不同数据类型数组进行排序
• 排序规则小到大
• 测试：char数组和int数组进行测试

//选择排序
template
void chooseSort(T arr[],int lenth) {
	for (T i = lenth-1; i >=0; i--)
	{
		//最大值的下标
		T max = 0;
		for (T j = 0; j <=i; j++)
		{
			if (arr[j]>arr[max])
			{
				max = j;
			}
		}
		T temp = arr[i];
		arr[i] = arr[max];
		arr[max] = temp;
	}
}

//打印数组
template
void printArray(T arr[], int lenth) {
	for (T i = 0; i < lenth; i++)
	{
		cout << arr[i]<<"  ";
	}
}
void test01() {
	//int arry[] = { 5,2,6,7,1,3 };

	//int len = sizeof(arry) / sizeof(arry[0]);
	//cout << len << endl;

	//chooseSort(arry, len);
	//printArray(arry, len);
	
	char charArry[] = "dcbae";

	int len = sizeof(charArry) / sizeof(charArry[0]);
	cout << len << endl;

	chooseSort(charArry, len);
	printArray(charArry, len);
}

1.1.4、普通函数和函数模板区别

• 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，不会发生隐式转换
• 如果利用显示指定类型的方式，可以发生隐式转换

建议使用显示指定类型的方式，调用函数模版，因为可以自己确定通用类型T

1. //普通函数调用时可以发生自动类型转换（隐式转换）
   int myAdd(int a, int b) {
   	return a + b;
   }
   
   void test01() {
   	int a = 10;
   	char c = 'c';
   
   	//这里会发生自动类型推导将char转换成int
   	int b = myAdd(a, c);
   	cout << "B:" << b << endl;
   
   }
   

   

2. //函数模板调用时，如果利用自动类型推导，不会发生隐式转换
   template
   T myAdd2(T a, T b) {
   	return a + b;
   }
   
   //利用模版不会发生自动类型推导
   int d = myAdd2(a, c);
   
   

   

3. //正确 如果利用显示指定类型的方式，可以发生隐式转换
   int d = myAdd2(a, c);
   

1.1.5、普通函数和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，优先调用普通模板

2. 可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板

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

5. //如果函数模板和普通函数都可以实现，优先调用普通模板
   //普通函数
   void myPrint(int a, int b) {
   	cout << "调用的普通函数" << endl;
   }
   
   //函数模板
   template
   void myPrint(T a, T b) {
   	cout << "调用的模板函数" << endl;
   }
   
   void test01() {	
   	int a = 10;
   	int b = 20;
   	myPrint(a, b);
   }
   

   

6. //可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板
   myPrint<>(a, b);
   

3. //函数模板也可以发生重载
   template
   void myPrint(T a, T b) {
   	cout << "调用的模板函数" << endl;
   }
   
   template
   void myPrint(T a, T b,T c) {
   	cout << "调用的重载模板函数" << endl;
   }
   
   myPrint(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
   void myPrint(int a, int b) {
   	cout << "调用的普通函数" << endl;
   }
   
   //函数模板
   template
   void myPrint(T a, T b) {
   	cout << "调用的模板函数" << endl;
   }
   
   char a = 'a';
   char b = 'b';
   myPrint(a, b);
   

   这里是由于模板不需要推导直接命为char类型进行运算，所以不走上面的普通函数，普通函数需要将char转换成Int多走一步，所以优先选模板函数

如果提供了函数模板，那么最好不要再提供普通函数，否则容易出现二义性

1.1.6、模板的局限性

局限性：

如果T的数据类型传入的是我们自定义的数据类型，那么我们的代码也无法运行。

因此为了解决这个问题C++提供了模板的重载，可以为这些特定的类型提供具体化的模板

template
void func(T &a, T &b) {
	if (a>b)
	{
		cout << "A大" << endl;
	}
	else {
		cout << "B大" << endl;
	}
}

//特定的重载
template<> void func(Person &p1, Person &p2) {
	if (p1.a > p2.a)
	{
		cout << "A大" << endl;
	}
	else {
		cout << "B大" << endl;
	}
}

1.2、类模板

1.2.1、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

示例：

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() {
    //赋值
	Person p1("孙悟空", 999);
	p1.showPerson();
}

1.2.2、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：

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

示例：

	//1.类模板没有自动类型推导的使用方式
	Person p("zyy", 1000);

	//2、类模板在模板参数列表中可以有默认参数
	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;
    };
        
	Person p2("猪八戒", 99);

1.2.3、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

//类模板中成员函数创建时机
class Person1 {
public:
	void showPerson1() {
		cout << "Person1" << endl;
	}
};

class Person2 {
public:
	void showPerson2() {
		cout << "Person2" << 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() {
	myClassm;
	m.func1();
	//编译出错，说明函数调用才会去创建成员函数；
	//m.func2();

}

1.2.4、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

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（常用）
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

示例：

#include
#include
using namespace std;

template
class Person {
public:
	Person(T1 name, T2 age) {
		this->m_name = name;
		this->m_age = age;
	}

	void showPerson() {
		cout << "name:" << this->m_name << "age:" << this->m_age << endl;
	}

	T1 m_name;
	T2 m_age;
};

//1.指定传入的类型
//void printPerson1(Person& p) {
//	p.showPerson();
//}
//
//void test01() {
//	Person p("孙悟空", 100);
//	printPerson1(p);
//}


//2.参数模板化 
//template
//void printPerson2(Person& p) {
//	p.showPerson();
//};
//
//void test02() {
//	Person p("猪八戒", 200);
//	printPerson2(p);
//}


//3.整个类模板化
template
void printPerson3(T& p) {
	p.showPerson();
}


void test03() {
	Person p("唐僧", 20);
	printPerson3(p);
}

查看自动推断的数据类型到底是什么

	cout << "T的数据类型为：" << typeid(T).name() << endl;

1.2.5、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

示例：

template
class Base {
public:
	T m_age;
};

//1.错误1 不能直接继承，需要指定数据类型
//class Son : public Base {
//
//};

class Son : public Base {
public:
	Son() {
		cout << "T的数据类型:" << typeid(m_age).name() << endl;
	}
};


//如果需要灵活指定子类数据类型 需要将子类也变成一个模板
template
class Son2 : public Base
{
public:
	Son2() {
		cout << "Son2 T1 类型:" << typeid(T1).name() << endl;
		cout << "Base T2 类型:" << typeid(T2).name() << endl;
	}
public:
	T1 obj;
};

void test01() {
	Son s1;
	Son2 s2;
}

1.2.6、类模板成员函数类外实现

函数需要加上template模板声明

示例：

//类模板成员函数类外实现
template
class Person {
public:
	Person(T1 name, T2 age);
	void showPerson();

	T1 m_Name;
	T2 m_Age;
};

//类外实现
template
Person::Person(T1 name,T2 age) {	
		this->m_Name = name;
		this->m_Age = age;	
}

template
void Person::showPerson() {
	cout << "姓名：" << this->m_Name << "年龄：" << this->m_Age << endl;
}


void test01() {
	Person p1("zyy",18);
	p1.showPerson();
}

1.2.7、 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：

• 方法一：直接包含 .cpp 源文件
• 方法二：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（推荐）

示例：

Person.cpp

#include "Person.h"
#include
using namespace std;
#include
template
Person::Person(T1 name,T2 age) {	
		this->m_Name = name;
		this->m_Age = age;	
}

template
void Person::showPerson() {
	cout << "姓名：" << this->m_Name << "年龄：" << this->m_Age << endl;
}

Person.h

#pragma once
#include
using namespace std;
template
class Person {
public:
	Person(T1 name, T2 age);
	void showPerson();

	T1 m_Name;
	T2 m_Age;
};

主文件

#include
#include "Person.h"
using namespace std;
// 类模板分文件编写

void test01() {
	Person p1("zyy",18);
	p1.showPerson();
}
int main() {
	test01();
	system("pause");
	return 0;
}

​ 这里如果直接执行的话就会报错，因为在一开始.h类模板中的成员函数是不会创建的,导致编译器编译失败。

​ 想使用的话需要在主文件中直接引用 .cpp 源码，但是不推荐这种方法

#include "Person.cpp"

方法二：

​ 将源码和头文件合并，合并到同一个文件，并取后缀为.hpp文件

Person.hpp

#pragma once
#include
using 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 << "姓名：" << this->m_Name << "年龄：" << this->m_Age << endl;
}

主文件

#include
#include "Person.hpp"
using namespace std;
// 类模板分文件编写

void test01() {
	Person p1("zyy",18);
	p1.showPerson();
}
int main() {
	test01();
	system("pause");
	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（推荐）

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

示例：

//提前知道Person存在
template
class Person;

//类外实现
template
void printPerson2(Person& p) {
	cout << "姓名：" << p.m_Name << "年龄:" << p.m_Age << endl;
}

template
class Person {
	//全局函数类内实现
 	friend void printPerson(Person &p) {
		cout << "姓名：" << p.m_Name << "年龄:" << p.m_Age << endl;
	}

	//类外实现
	//加空模版参数列表，如果类外实现，需要让编译器提前知道函数存在
	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;
};



//全局函数在类内实现
void test01() {
	Person p1("zyy", 18);
	printPerson(p1);
	Person p2("jerry", 20);
	printPerson2(p2);
}