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:函数模板和类模板
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:
- 如果函数模板和普通函数都可以实现,优先调用普通函数
- 可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板
- 函数模板也可以发生重载
- 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:
- 类模板没有自动类型推导的使用方式
- 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:
- 指定传入的类型 — 直接显示对象的数据类型
- 参数模板化 — 将对象中的参数变为模板进行传递
- 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;
}
```
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