侧边栏壁纸
博主头像
thinkTV博主等级

喜爱动漫的二刺螈一枚,摩托车云爱好者(快要有车了)。 懂一点技术的在读生物医学工程研究生( •̀ ω •́ )✧,多多指教。

  • 累计撰写 127 篇文章
  • 累计创建 17 个标签
  • 累计收到 0 条评论

目 录CONTENT

文章目录

C++学习笔记6 - 模板

thinkTV
2023-04-13 / 0 评论 / 0 点赞 / 81 阅读 / 3,426 字 / 正在检测是否收录...

说明1:参考视频《黑马程序员C++教程从0到1入门编程》,配合视频学习使用。
说明2:新手阅读本文前建议先阅读C语言学习笔记。

1 模板

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<typename T>
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

总结:

  • 函数模板利用关键字 template
  • 使用函数模板有两种方式: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

1.2.2 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

1.2.3 普通函数与函数模板的区别

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

1.2.4 普通函数与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,优先调用普通函数
  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

注意: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

1.2.5 模板的局限性

局限性:

  • 模板的通用性并不是万能的

例如:

	template<class T>
	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

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

总结:

  • 利用具体化的模板,可以解决自定义类型的通用化
  • 学习模板并不是为了写模板,而是在STL能够运用系统提供的模板
#include<iostream>
using namespace std;

#include <string>

class Person
{
public:
	Person(string name, int age)
	{
		this->m_Name = name;
		this->m_Age = age;
	}
	string m_Name;
	int m_Age;
};

//具体化,显示具体化的原型和定意思以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;
	}
}

void test01()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	//内置数据类型可以直接使用通用的函数模板
	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", 10);
	//自定义数据类型,不会调用普通的函数模板
	//可以创建具体化的Person数据类型的模板,用于特殊处理这个类型
	bool ret = myCompare(p1, p2);
	if (ret)
	{
		cout << "p1 == p2 " << endl;
	}
	else
	{
		cout << "p1 != p2 " << endl;
	}
}

int main() {

	test01();

	test02();

	system("pause");

	return 0;
}

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<typename T>
类

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

总结:类模板和函数模板语法相似,在声明模板template后面加类,此类称为类模板

1.3.2 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
  2. 类模板在模板参数列表中可以有默认参数

1.3.3 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:

  • 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

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:

  1. 指定传入的类型 — 直接显示对象的数据类型
  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 <string>
//类模板
template<class NameType, class AgeType = int> 
class Person
{
public:
	Person(NameType name, AgeType age)
	{
		this->mName = name;
		this->mAge = age;
	}
	void showPerson()
	{
		cout << "name: " << this->mName << " age: " << this->mAge << endl;
	}
public:
	NameType mName;
	AgeType mAge;
};

//1、指定传入的类型
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;
	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)
{
	cout << "T的类型为: " << typeid(T).name() << endl;
	p.showPerson();

}
void test03()
{
	Person <string, int >p("唐僧", 30);
	printPerson3(p);
}

int main() {

	test01();
	test02();
	test03();

	system("pause");

	return 0;
}

总结:

  • 通过类模板创建的对象,可以有三种方式向函数中进行传参
  • 使用比较广泛是第一种:指定传入的类型

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

1.3.6 类模板成员函数类外实现

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

示例:

#include <string>

//类模板中成员函数类外实现
template<class T1, class T2>
class Person {
public:
	//成员函数类内声明
	Person(T1 name, T2 age);
	void showPerson();

public:
	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;
}

void test01()
{
	Person<string, int> p("Tom", 20);
	p.showPerson();
}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

1.3.7 类模板分文件编写

学习目标:

  • 掌握类模板成员函数分文件编写产生的问题以及解决方式

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

注意: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

1.3.8 类模板与友元

学习目标:

  • 掌握类模板配合友元函数的类内和类外实现

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

注意:建议全局函数做类内实现,用法简单,而且编译器可以直接识别

1.3.9 类模板案例

案例描述: 实现一个通用的数组类,要求如下:

  • 可以对内置数据类型以及自定义数据类型的数据进行存储
  • 将数组中的数据存储到堆区
  • 构造函数中可以传入数组的容量
  • 提供对应的拷贝构造函数以及operator=防止浅拷贝问题
  • 提供尾插法和尾删法对数组中的数据进行增加和删除
  • 可以通过下标的方式访问数组中的元素
  • 可以获取数组中当前元素个数和数组的容量

示例:

myArray.hpp中代码

#pragma once
#include <iostream>
using namespace std;

template<class T>
class MyArray
{
public:

	//构造函数
	MyArray(int capacity)//传入真实容量
	{
		this->m_Capacity = capacity;
		this->m_Size = 0;
		pAddress = new T[this->m_Capacity];//根据对应容量表开辟堆区空间
	}

	//拷贝构造
	MyArray(const MyArray& arr)
	{
		this->m_Capacity = arr.m_Capacity;
		this->m_Size = arr.m_Size;
		this->pAddress = new T[this->m_Capacity];//深拷贝
		for (int i = 0; i < this->m_Size; i++)
		{
			//如果T为对象,而且还包含指针,必须需要重载 = 操作符,因为这个等号不是 构造 而是赋值,
			// 普通类型可以直接= 但是指针类型需要深拷贝
			this->pAddress[i] = arr.pAddress[i];
		}
	}

	//重载= 操作符  防止浅拷贝问题
	MyArray& operator=(const MyArray& myarray) {

		//先判断原来堆区是否有数据,如果有先释放
		if (this->pAddress != NULL) {
			delete[] this->pAddress;
			this->m_Capacity = 0;
			this->m_Size = 0;
		}

		//深拷贝
		this->m_Capacity = myarray.m_Capacity;
		this->m_Size = myarray.m_Size;
		this->pAddress = new T[this->m_Capacity];
		for (int i = 0; i < this->m_Size; i++) {
			this->pAddress[i] = myarray[i];
		}
		return *this;
	}

	//重载[] 操作符  arr[0]
	T& operator [](int index)
	{
		return this->pAddress[index]; //不考虑越界,用户自己去处理
	}

	//尾插法
	void Push_back(const T& val)
	{
		//判断容量是否等于大小
		if (this->m_Capacity == this->m_Size)
		{
			return;
		}
		this->pAddress[this->m_Size] = val;
		this->m_Size++;
	}

	//尾删法
	void Pop_back()
	{
		if (this->m_Size == 0)
		{
			return;
		}
		this->m_Size--; //让用户访问不到最后一个元素, 即为尾删,逻辑删除

	}

	//获取数组容量
	int getCapacity()
	{
		return this->m_Capacity;
	}

	//获取数组大小
	int	getSize()
	{
		return this->m_Size;
	}


	//析构
	~MyArray()
	{
		if (this->pAddress != NULL)
		{
			delete[] this->pAddress;//释放数组
			this->pAddress = NULL;//指针置空
			this->m_Capacity = 0;
			this->m_Size = 0;
		}
	}

private:
	T* pAddress;  //指向一个堆空间,这个空间存储真正的数据
	int m_Capacity; //容量
	int m_Size;   // 大小
};

类模板案例—数组类封装.cpp中

#include<iostream>
using namespace std;  
#include "myArray.hpp"
#include <string>

void printIntArray(MyArray<int>& arr) {
	for (int i = 0; i < arr.getSize(); i++) {
		cout << arr[i] << " ";
	}
	cout << endl;
}

//测试内置数据类型
void test01()
{
	MyArray<int> array1(10);
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		array1.Push_back(i);
	}
	cout << "array1打印输出:" << endl;
	printIntArray(array1);
	cout << "array1的大小:" << array1.getSize() << endl;
	cout << "array1的容量:" << array1.getCapacity() << endl;

	cout << "--------------------------" << endl;

	MyArray<int> array2(array1);
	array2.Pop_back();
	cout << "array2打印输出:" << endl;
	printIntArray(array2);
	cout << "array2的大小:" << array2.getSize() << endl;
	cout << "array2的容量:" << array2.getCapacity() << endl;
}

//测试自定义数据类型
class Person {
public:
	Person() {}
	Person(string name, int age) {
		this->m_Name = name;
		this->m_Age = age;
	}
public:
	string m_Name;
	int m_Age;
};

void printPersonArray(MyArray<Person>& personArr)
{
	for (int i = 0; i < personArr.getSize(); i++) {
		cout << "姓名:" << personArr[i].m_Name << " 年龄: " << personArr[i].m_Age << endl;
	}

} 

void test02()
{
	//创建数组
	MyArray<Person> pArray(10);
	Person p1("孙悟空", 30);
	Person p2("韩信", 20);
	Person p3("妲己", 18);
	Person p4("王昭君", 15);
	Person p5("赵云", 24);

	//插入数据
	pArray.Push_back(p1);
	pArray.Push_back(p2);
	pArray.Push_back(p3);
	pArray.Push_back(p4);
	pArray.Push_back(p5);

	printPersonArray(pArray);

	cout << "pArray的大小:" << pArray.getSize() << endl;
	cout << "pArray的容量:" << pArray.getCapacity() << endl;

}

int main() {

	//test01();

	test02();

	system("pause");

	return 0;
}
```

















0

评论区