C++ - 泛性编程数组类模板

1.预备知识

模板参数可以是数值型参数：

T泛指类型，N必须为常数。

2.数值型模板参数的限制

模板参数必须为常数。

变量不能作为模板参数（变量在编译期间不能确定数值）。

浮点数不能作为模板参数（计算机内部中浮点数表示不精确）。

类对象不能作为模板参数（类对象也不能唯一确定）。

本质：

模板参数是在编译阶段被处理的单元，因此，在编译阶段必须准确无误的唯一确定。

代码示例：数值型模板参数

#include 
#include 
 
using namespace std;
 
template
< typename T, int N >    //正常情况。数值型模板参数
void func()
{
    T a[N] = {0};    //定义数组
    
    for(int i=0; i(); //正确使用数值型模板参数
    
    return 0;
}

结果：

0
1
2
3
4
5
6
7
8
9    

修改代码：

int main()
{
    int a = 10;
    
    func(); //用变量(a)替换常数部分
    
    return 0;
}

结果：编译错误。

分析：

证明了数值型参数不能为变量，必须为常量。

3.数值型模板参数经典面试题

用最高效的方式解决问题：求1 + 2 + 3 + …… + N的值！

#include 
#include 
 
using namespace std;
 
//以下Sum组成递归形式
template
< int N >     //类模板
class Sum
{
public:    
    static const int VALUE = Sum::VALUE + N;    //递归定义
};
 
template
< >
class Sum < 1 >  //完全特化。也是递归终止条件
{
public:
    static const int VALUE = 1;    //放在全局数据存储区和放入符号表
};
 
int main()
{ 
    //相当于访问常量的值，编译阶段就确定了。不占用运行时间！
    cout << "1 + 2 + 3 + ... + 10 = " << Sum<10>::VALUE << endl;    
    cout << "1 + 2 + 3 + ... + 100 = " << Sum<100>::VALUE << endl;
    
    return 0;
}

结果：

1 + 2 + 3 + ... + 10 = 55
1 + 2 + 3 + ... + 100 = 5050

分析：

Sum<10>::VALUE会调用数值型类模板，访问static const int VALUE = Sum::VALUE + N;时发现要知道N为10的结果，就要先知道N为9的结果，一直到N等于1时找到完全特化模板，才能确定结果。

4.数组模板类

代码示例：

Array.h
 
#ifndef _ARRAY_H_
#define _ARRAY_H_
 
template
< typename T, int N >    //数值型模板参数
class Array
{
    T m_array[N];
public:
    int length();
    bool set(int index, T value);
    bool get(int index, T& value);
    T& operator[] (int index);
    T operator[] (int index) const;    //const重载版本.为了只能做右值
    virtual ~Array();
};
 
template
< typename T, int N >
int Array::length()
{
    return N;
}
 
template
< typename T, int N >
bool Array::set(int index, T value)
{
    bool ret = (0 <= index) && (index < N);
    
    if( ret )
    {
        m_array[index] = value;
    }
    
    return ret;
}
 
template
< typename T, int N >
bool Array::get(int index, T& value)
{
    bool ret = (0 <= index) && (index < N);
    
    if( ret )
    {
        value = m_array[index];
    }
    
    return ret;
}
 
template
< typename T, int N >
T& Array::operator[] (int index)    //重载[]
{
    return m_array[index];
}
 
template
< typename T, int N >
T Array::operator[] (int index) const
{
    return m_array[index];
}
 
template
< typename T, int N >
Array::~Array()
{
 
}
 
#endif
 
 
堆数组模板类(二阶构造)
HeapArray.h
#ifndef _HEAPARRAY_H_
#define _HEAPARRAY_H_
 
template
< typename T >
class HeapArray
{
private:
    int m_length;
    T* m_pointer;    //数组类型为T
    
    HeapArray(int len);
    HeapArray(const HeapArray& obj);    
    bool construct();
public:
    static HeapArray* NewInstance(int length); 
    int length();
    bool get(int index, T& value);
    bool set(int index ,T value);
    T& operator [] (int index);
    T operator [] (int index) const;
    HeapArray& self();
    ~HeapArray();
};
 
template
< typename T >
HeapArray::HeapArray(int len)
{
    m_length = len;
}
 
template
< typename T >
bool HeapArray::construct()
{   
    m_pointer = new T[m_length];
    
    return m_pointer != NULL;
}
 
template
< typename T >
HeapArray* HeapArray::NewInstance(int length) 
{
    HeapArray* ret = new HeapArray(length);
    
    if( !(ret && ret->construct()) ) 
    {
        delete ret;
        ret = 0;
    }
        
    return ret;
}
 
template
< typename T >
int HeapArray::length()
{
    return m_length;
}
 
template
< typename T >
bool HeapArray::get(int index, T& value)
{
    bool ret = (0 <= index) && (index < length());
    
    if( ret )
    {
        value = m_pointer[index];
    }
    
    return ret;
}
 
template
< typename T >
bool HeapArray::set(int index, T value)
{
    bool ret = (0 <= index) && (index < length());
    
    if( ret )
    {
        m_pointer[index] = value;
    }
    
    return ret;
}
 
template
< typename T >
T& HeapArray::operator [] (int index)//返回值为引用，充当变量本身(左值)
{
    return m_pointer[index];
}
 
template
< typename T >
T HeapArray::operator [] (int index) const//返回值为普通类型，充当数值(右值)
{
    return m_pointer[index];
}
 
template
< typename T >
HeapArray& HeapArray::self()
{
    return *this;
}
 
template
< typename T >
HeapArray::~HeapArray()
{
    delete[]m_pointer;
}
 
 
#endif
 
main.cpp
#include 
#include 
#include "Array.h"
#include "HeapArray.h"
 
using namespace std;
 
int main()
{
    Array ad;
    
    for(int i=0; i* pai = HeapArray::NewInstance(10);
    
    if( pai != NULL )
    {
        HeapArray& ai = pai->self();
        
        for(int i=0; i

结果：

0
1
4
9
16
 
a
b
c
d
e
f
g
h
i
j

分析：

数组类模板主要是练习如何运用模板技术。

小结：

-> 模板参数可以是数值型参数。

-> 数值型模板参数必须在编译期间唯一确定。

-> 数组类模板是基于数值型模板参数实现的。

-> 数组类模板是简易的线性表数据结构。