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C++ 提高编程:模板

本阶段主要针对C++ 泛型编程STL 技术做详细讲解,探讨C++更深层的使用。

1. 模板的概念

模板就是建立通用的模具,大大提高复用性。

特点:

2. 函数模板

2.1 函数模板语法

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<typename T>
函数声明或定义

解释:

示例:

// 交换整型函数
void swapInt(int& a, int& b) {
	int temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}
 
// 交换浮点型函数
void swapDouble(double& a, double& b) {
	double temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}
 
// 利用模板提供通用的交换函数
template<typename T>
void mySwap(T& a, T& b)
{
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}
 
void test01()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
 
	// 利用模板实现交换
	// 1、自动类型推导
	mySwap(a, b);
 
	// 2、显示指定类型
	mySwap<int>(a, b);
}

总结:

2.2 函数模板注意事项

注意事项:

示例:

template<class T>
void mySwap(T& a, T& b) {
    T temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}
 
void test01() {
    int a = 10;
    int b = 20;
    char c = 'c';
 
    mySwap(a, b); // 正确,可以推导出一致的T
    // mySwap(a, c); // 错误,推导不出一致的T类型
}
 
template<class T>
void func() {
    cout << "func 调用" << endl;
}
 
void test02() {
    // func(); // 错误,模板不能独立使用,必须确定出T的类型
    func<int>(); // 利用显示指定类型的方式,给T一个类型,才可以使用该模板
}

2.3 函数模板案例

案例描述:

template<class T>
void mySwap(T& a, T& b) {
    T temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}
 
template<class T>
void mySort(T arr[], int len) {
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        int max = i; // 最大数的下标
        for (int j = i + 1; j < len; j++) {
            if (arr[max] < arr[j]) {
                max = j;
            }
        }
        if (max != i) {
            mySwap(arr[max], arr[i]);
        }
    }
}

2.4 普通函数与函数模板的区别

总结: 建议使用显示指定类型的方式调用函数模板,因为可以自己确定通用类型T。

2.5 普通函数与函数模板的调用规则

  1. 1. 如果函数模板和普通函数都可以实现,优先调用普通函数。
  2. 2. 可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板。
myPrint<>(a, b);
  1. 3. 函数模板也可以发生重载。
  2. 4. 如果函数模板可以产生更好的匹配,优先调用函数模板。

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 (模板特化)

局限性: 模板的通用性并不是万能的。 例如:如果传入的 `a` 和 `b` 是数组,无法赋值;如果 `T` 是自定义数据类型(如 Person),无法比较大小。

解决方案: 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

示例:

class Person {
public:
    Person(string name, int age) {
        this->m_Name = name;
        this->m_Age = age;
    }
    string m_Name;
    int m_Age;
};
 
// 普通函数模板
template<class T>
bool myCompare(T& a, T& b) {
    if (a == b) { return true; }
    else { return false; }
}
 
// 具体化,显示具体化的原型和定义以template<>开头,并通过名称来指出类型
// 具体化优先于常规模板
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;
    }
}

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>

示例:

template<class NameType, class AgeType>
class Person {
public:
    Person(NameType name, AgeType age) {
        this->m_Name = name;
        this->m_Age = age;
    }
    NameType m_Name;
    AgeType m_Age;
};
 
void test01() {
    Person<string, int> p1("孙悟空", 999);
}

3.2 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 (只能用显示指定类型)。
2. 类模板在模板参数列表中可以有默认参数。
// 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 { ... };
 
void test02() {
    // 类模板中的模板参数列表 可以指定默认参数
    Person<string> p("猪八戒", 999); 
}

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:

3.4 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,一共有三种:

  1. 指定传入的类型 — 直接显示对象的数据类型 (最常用)
  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

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:

示例:

template<class T>
class Base {
    T m;
};
 
// class Son:public Base // 错误,必须知道父类中T的类型
class Son : public Base<int> // 必须指定一个类型
{ };
 
// 类模板继承类模板
template<class T1, class T2>
class Son2 : public Base<T2>
{
    T1 obj;
};

3.6 类模板成员函数类外实现

学习目标: 能够掌握类模板中的成员函数类外实现。 总结: 类模板中成员函数类外实现时,需要加上模板参数列表。

// 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() {
    // ...
}

3.7 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:

3.8 类模板与友元