C++学习之第十五天-模板与泛型编程

知识点总结

1.函数模板-泛型编程，类型参数化:template,typename和class效果一样

    1.T是一个通用的数据类型，告诉编译器如果下面紧跟着的函数或者类中出现T，不要报错

2.模板的使用

            1.自动推导类型，编译器必须推导出一致的T数据类型，才能正常使用函数模板。

            2.显式指定模板类型：mySwap(a,b)

            3.模板不能单独使用，必须指定出T的类型才可以用

            4.类模板的声明和实现不能分文件进行，必须写到一起，和内联函数一样，否则会链接失败。

3.函数模板和普通函数的区别以及调用规则。
    1.区别：对于函数模板，编译器进行隐式推导类型的时候，只能识别一致的T类型.
           对于普通函数，可以之间进行隐式转换。
    2.调用规则：
           1.优先调用普通函数，如果想强制调用函数模板，可以使用空模板参数列表：myPrint<>(a,b);
           2.如果函数模板能产生更好的匹配，优先使用函数模板
           
4.函数模板----------->模板函数：过程是由抽象到具体(实例化的过程)，在实参进行传递的时候进行类型推导    

5.函数模板的全特化和偏特化----模板并不是真实通用，对于自定义的数据类型,需要进行特化来使用。
    1.模板的全特化：把模板的参数全部特殊化表示出来：template<>，用空模板参数来进行全特化
    2.把模板的参数进行一部分特殊化（C++11之后才支持的）
    
6.函数模板的参数类型：1.类型参数：class/typename T        
                   2.非类型参数：常量表达式，整型：bool/char/short/int/long/size_t。
                   3.参数类型可以可以设默认值
                   
7.类模板总结
    1.类模板的使用只能显式指定类型，可以有默认参数。
    2.类模板中的成员函数并不是一开始创建的，而是在运行阶段确定出T的数据类型的时候才去创建
    3.类模板做函数的参数:
            1.显式指定传入的类型void doWork(Person &p)
            2.参数模板化:template
                        void doWork2(Person &p)
            3.整个类模板化:
                template
                void doWork3(T &p)
    4.类模板继承问题:派生类继承基类的时候,必须指定基类中T的类型,
    5.类中成员在类外实现的写法
    6.友元函数的类外实现.

8.C++11可变模板参数---重点难点
    1.class... Args或者typename... Args：模板参数包--->class T1, class T2....
    2.Args类型后面跟一个省略号：Args... args--->表示0个或者多函数参数，函数参数包
        ---》T1 t1, T2 t2.....
    3.可变参数函数通常是递归的，第一步调用处理包中的第一个实参，然后剩余实参调用自身，为了终止递归，需要定义一个非可变参数的print函数。用来终止递归。
    
9.实战演练：
        1.类模板实现Stack/循环队列Queue
        2.单例模式通用模板，可传递任意参数，注意嵌套类成员的初始化

1.可变模板参数例子test01()

1.省略号...位于函数参数args左边的时候，为打包,相当于T1 t1, T2 t2...

2.省略号...位于参数args右边，为拆包

void print()//终止递归的条件
{
    cout<//相当于class T1, class T2,......
void print(T t, Args... args)//省略号...位于参数左边的时候，为打包,相当于T1 t1, T2 t2....
{
    cout<

运行结果

1
1，2.2，1
1，2.2，1，hello world

test02()

#include 
using namespace std;
int sum()//终止递归的条件
{
    return 0;
}
template //Args:模板参数包
int sum(T u, Args... args)//args:函数参数包
{
    return u+sum(args...);//省略号在左边，拆包
}

void test02()
{
    cout<<"sum(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10)="<

2.类模板实现通用类型Stack。

#include 
using namespace std;
#include 
class Person;
template //默认容量设置为10
            //默认类型为int
class Stack
{
public:
    Stack()
    :_top(-1)//栈顶指针
     ,_data(new T[k_Size]())//默认分配k_Size个空间
    {}
    bool full()const;//判栈满
    bool empty()const;//判栈空
    void push(const T &val);//压栈
    void pop();//出栈
    T top(); //获取栈顶元素
    ~Stack();
private:
    int _top;
    T* _data;
};
template 
Stack::~Stack()
{
    if(_data)
    {
        delete [] _data;
        _data=nullptr;
    }
}

template 
bool Stack::full()const
{
    return _top==k_Size-1;
}
template 
bool Stack::empty()const
{
    return _top==-1;
}
template 
void Stack::push(const T &val)
{
    if(!full())
    {
        _data[++_top] = val;
    }
    else
    {
        cout<<"The stack is full"<
void Stack::pop()
{
    if(!empty())
    {
        --_top;
    }
    else
    {
        cout<<"The stack is empty()"<
T Stack::top()
{
    return _data[_top];
}
void test01()
{
    Stack st;
    st.push(12);
    cout< st;
    Person p("孙哲",14);
    st.push(p);
    cout<

3.函数模板实现队列

#include 
#include 
using namespace std;

template 
class Queue
{
public:
    Queue()
    :_data(new T[capacity]())//动态数组
     ,_size(0),_front(0),_rear(0)
    {}
    void enQueue(const T &val);//入队
    void deQueue();//出队
    bool empty()const;//队空
    bool full()const;//判队满
    T get_front()const;//获取队头元素
    T get_rear()const;//获取队尾元素
    int get_size()const//获取队列长度
    {
        return _size;
    }
    ~Queue();

private:
    int _front;
    int _rear;
    int _size;
    T *_data;
};
template 
Queue::~Queue()//析构函数
{
    if(_data)
    {
        delete[]_data;
        _data=nullptr;
    }
}
template 
bool Queue::full()const//判队满
{
    return (_rear+1)%capacity == _front;//循环队列
}

template 
bool Queue::empty()const
{
    return _rear == _front;//队空
}
template 
void  Queue::enQueue(const T &val)
{
    if(!full())
    {
        _data[_rear] = val;//先入队，再加1
        _rear = (_rear+1)%capacity;
        ++_size;
    }
    else
    {
        cout<<"Queue is full"<
void  Queue::deQueue()
{
    if(!empty())
    {
        _front = (_front+1)%capacity;//出队
        --_size;
    }
    else
    {
        cout<<"Queue is empty"<
T Queue::get_front()const//获取队头元素
{
    if(!empty())
    {
        return _data[_front];
    }
}
template 
T Queue::get_rear()const//获取队尾元素
{
    if(!empty())
    {
        return _data[_rear-1];
    }
}
//测试1：int类型数据测试
void test01()
{
    Queue myQueue;
    myQueue.enQueue(10);
    myQueue.enQueue(20);
    myQueue.enQueue(30);
    myQueue.enQueue(40);
    myQueue.enQueue(50);
    myQueue.enQueue(60);
    myQueue.enQueue(70);
    myQueue.enQueue(80);
    myQueue.enQueue(90);
    myQueue.deQueue();
    myQueue.enQueue(100);

    while(!myQueue.empty())
    {
        cout<<"_front="<#include 
using namespace std;
#include
template 
class Singleton
{
public:
    template //可变模板类型包
    static T* getInstance(Args... args)
    {
        if(nullptr==_pInstance)
        {
            _pInstance = new T(args...);
            atexit(Destroy);//atexit自动释放单例指针
        }
        return _pInstance;
    }
    
private:
    static T* _pInstance;
	
	static void Destroy()
    {
        if(_pInstance)
        {
            delete _pInstance;
            _pInstance=nullptr;
            cout<<"atexit自动释放单例指针"<
T* Singleton::_pInstance = nullptr;//饱汉模式

//Person自定义类
class Person
{
public:
    Person(string name,string age)
    :_name(name),_age(age)
    {
        cout<<"Person()"<::getInstance("苏武","28");
    ps1->showPerson();

    Point *pos1 = Singleton::getInstance(1,3);
    pos1->print();


}
int main()
{
    test01();
    return 0;
}
/*
运行结果：
Person()
苏武	28
Point(int,int)
(1,3)
~Point()
atexit自动释放单例指针
~Person()
atexit自动释放单例指针
*/

实现方式2，嵌套类自动释放单例指针

注意嵌套类静态成员的初始化

#include "Singleton.h"
class Point
{
public:
	Point(int ix = 0, int iy = 0)
	: _ix(ix)
	, _iy(iy)
	{	cout << "Point(int=0,int=0)" << endl;	}

	void print() const
	{
		cout << "(" << _ix
			 << "," << _iy
			 << ")" << endl;
	}

	~Point()
	{
		cout << "~Point()" << endl;
	}

private:
	int _ix;
	int _iy;
};
 
int main(void)
{
	Point * pt1 = Singleton::getInstance(1, 2);
	Point * pt2 = Singleton::getInstance(3, 4);
	pt1->print();
	pt2->print();

	cout << "p1 = " << pt1 << endl
		 << "p2 = " << pt2 << endl;

	return 0;
}

Singleton.h

#include 
using std::cout;
using std::endl;


template 
class Singleton
{
public:
	template //
	static T * getInstance(Args... args)//T1 t1, T2 t2//T1 = int a float b double d 
	{
		if(nullptr == _pInstance)
        {
			_pInstance = new T(args...);//args可变参数列表
			_auto;//为了在模板参数推导时创建_auto对象
		}
		return _pInstance;
	}

private:
	class AutoRelease//嵌套类释放单例指针
	{
	public:
		AutoRelease()
        {	
            cout << "AutoRelease()" << endl;	
        }

		~AutoRelease()
        {
			if(_pInstance)
            {
				delete _pInstance;
				cout << "~AutoRelease()" << endl;
			}
		}
	};

private:
	Singleton()
    {
        cout << "Singleton()" << endl;
    }

	~Singleton()
    {
        cout << "~Singleton()" << endl;
    }

private:
	static T * _pInstance;
	static AutoRelease _auto;//int a
};

template  
T * Singleton::_pInstance = nullptr;

template 
typename Singleton::AutoRelease Singleton::_auto;
//嵌套类成员初始化模板

6.友元函数类外实现

 friend void myPrint<>(Person &p);
    //注意<>，类内实现不用加<>

#include 
using namespace std;
template //要让友元看到声明
class Person;

template//一般写在前面
void myPrint(Person &p)
{
    cout<
class Person
{
	/*
	friend void myPrint(Person &p)
	{
    	cout<(Person &p);
    //注意<>，类内实现不用加<>
    
public:
    Person(T1 name, T2 age)
    :_name(name),_age(age)
    {}
private:
    T1 _name;
    T2 _age;
};
void test01()
{
    Personp("沙和尚",20);
    myPrint(p);
}
int main()
{
    test01();
    return 0;
}
/*
沙和尚
20
*/

简答题

1、模板的参数类型有哪些？各自有哪些特点？

（1）类型参数：
class/typename T 就是类型参数

（2）非类型参数：
常量表达式，整形：bool/char/short/int/long/size_t ，注意：float/double这些不是整型

无论是类型参数还是非类型参数都可以设定默认值

2、函数模板有几种实例化的方式？函数模板可以重载吗？函数模板的使用需要注意哪些问题？

（1）显示实例化
（2）隐式实例化--由编译器自动推导

（1）函数模版与普通函数是可以重载的（此时普通函数的优先级比函数模版高）
（2）函数模版和函数模版是可以重载的

（1）模版不能写成头文件和实现文件的形式，或者说不能将声明和实现分开。否则在链接时会出错
（2）如果只有函数模版，再给出不完全一致的参数的情况就会报错，typename T只能被推导为一个确定的类型。
（3）函数模版在使用时，应该考虑某些边缘情况，对模版进行特化。

3、可变模板参数有哪些特点？

//模版参数包
template class tuple;

//函数参数包
template
void f(T ...args);

（1）函数参数包要求必须唯一，且是函数的最后一个参数；模版参数包则没有。
（2）...在参数右侧，是解包； ...在参数左侧，是打包。
（3）参数个数和参数类型在编译时，由模版推导确定。