浅谈C++|模板篇

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白茶加冰 发表于 2023/09/15 00:19:43 2023/09/15
【摘要】 ​ 一.模板模板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：1.模板不可以直接使用，它只是一个框架2.模板的通用并不是万能的·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 二.函数模板函数模板作用: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。 2.1语法template<typenam...

​

 

一.模板模板概念


模板就是建立通用的模具，大大提高复用性

 模板的特点：

1.模板不可以直接使用，它只是一个框架

2.模板的通用并不是万能的

·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

 二.函数模板

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。 

2.1语法

template<typename T>
函数声明或定义

自动推导类型代码实例：

#include <iostream>
using namespace std;
template<typename T>
void my_swap(T& a, T& b) {
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

int main() {
	int a = 10,b = 20;
	char a2 = 'a', b2 = 'b';
	string a3 = "abc", b3 = "efg";
	my_swap(a, b);
	my_swap(a2, b2);
	my_swap(a3, b3);
	cout << "a=" << a << " b=" << b << endl;
	cout << "a2=" << a2 << " b2=" << b2 << endl;
	cout << "a3=" << a3 << " b3=" << b3 << endl;
	return 0;
}


 显示指定类型代码：

#include <iostream>
using namespace std;
template<typename T>
void my_swap(T& a, T& b) {
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

int main() {
	int a = 10,b = 20;
	char a2 = 'a', b2 = 'b';
	string a3 = "abc", b3 = "efg";
	my_swap<int>(a, b);
	my_swap<char>(a2, b2);
	my_swap<string>(a3, b3);
	cout << "a=" << a << " b=" << b << endl;
	cout << "a2=" << a2 << " b2=" << b2 << endl;
	cout << "a3=" << a3 << " b3=" << b3 << endl;
	return 0;
}


 2.2注意事项

注意事项:
1.自动类型推导，必须推导出一致的数据类型T,才可以使用

2.模板必须要确定出T的数据类型，才可以使用

 代码实例：

#include <iostream>
using namespace std;
template<typename T>
void my_swap(T a, T B) {
	T temp = a;
	a = b;
	b = a;
}

template<typename T>
void fun() {
	cout << "函数模板调用" << endl;
}

int mian() {
	//fun();//报错，因为不能推理出T的类型
	int a = 10, b = 20;
	fun<int>();   
	//必须这样写，int换为其它类型也可
	

	//my_swap(10, 'p');
	//报错，类型不一致

	my_swap(20, 90);  
  
    my_swap<int>(20, 90);  
	my_swap(a, b);

	return 0;
}

2.3普通函数和模板函数的区别

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

#include <iostream>
using namespace std;
void fun(int one, int two) {
	cout << "one=" << one << " two=" << two << endl;
}
template<typename T>
void fun1(T one, T two) {
	cout << "one=" << one << " two=" << two << endl;
}


void ce() {
	int a = 10, b = 20;
	char c = 'a';
	fun(a, b);
	fun(a, c);
	fun1(a, b);
	//fun1(a, c);  
	//报错，因为自动推理类型不会发生隐式转换

	fun1<int>(a, c);

}
int main() {
	ce();
	return 0;
}

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

 2.4普通函数和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

代码实例： 

#include <iostream>
using namespace std;
void fun(int a,int b) {
	cout << a << ' ' << b << ' ' << endl;
	cout << "普通函数调用" << endl;
}

template<class T>
void fun(T a, T b) {
	cout << a << ' ' << b << ' ' << endl;
	cout << "模板函数调用" << endl;
}


template<class T>
void fun(T a, T b,T c) {
	cout << a << ' ' << b << ' ' <<c << endl;
	cout << "模板函数调用" << endl;
}
int main() {
	fun(10,20);   //默认调用普通函数
	fun<>(10,90);  //空列表强制调用模板函数
	fun<>(10,90,90);  //模板函数可以发生重载
	return 0;
}


 2.5模板的局限性

 局限性：

模板的通用性并不是万能的

 代码实例：

#include <iostream>
using namespace std;

class person {
public:
	person(string name, int temp) {
		this->name = name;
		this->temp = temp;
	}
	int temp;
	string name;
};


template <class T>
bool eq(T a, T b) {
	if (a == b) {
		return true;
	}
	else {
		return false;
	}
}

int main() {
	person p1("tom", 20);
	person p2("tom", 20);
	//报错，因为自定义的类型，重载‘=’运算符
	if (eq(p1, p2)) {
		cout << "=" << endl;
	}
	else {
		cout << "!=" << endl;
	}
	return 0;
}

此时模板函数不报错，但运行时会报错。因为类的‘==’没有重载。

 代码实例：

#include <iostream>
using namespace std;
class person {
public:
	person(string name, int temp) {
		this->name = name;
		this->temp = temp;
	}
	int temp;
	string name;
};
template <class T>
bool eq(T a, T b) {
	if (a == b) {
		return true;
	}
	else {
		return false;
	}
}

//实例化模板函数
template<> bool eq(person a, person b) {
	if (a.name == b.name && a.temp == b.temp) {
		return true;
	}
	else {
		return false;
	}
}


int main() {
	person p1("tom", 20);
	person p2("tom", 20);
	//报错，因为自定义的类型，重载‘=’运算符
	if (eq(p1, p2)) {
		cout << "=" << endl;
	}
	else {
		cout << "!=" << endl;
	}
	return 0;
}

此时可以运行，函数模板实例化，相当于模板的补充。

三.类模板

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。

类模板不能使用自动推导类型，只能用显示指定的方法。

3.1语法 

template<typename T1, typename T2>
class person {
public:
	person(T1 name, T2 age) {
		this->name = name;
		this->age = age;
	}
	T1 name;
	T2 age;
};


代码实例：

#include <iostream>
using namespace std;
template<typename T1, typename T2>
class person {
public:
	person(T1 name, T2 age) {
		this->name = name;
		this->age = age;
	}
	T1 name;
	T2 age;
};


int main() {
	person<string, int> P("TOM", 90);
	cout << P.name << ' ' << P.age << endl;
	return 0;
}

​编辑

 3.2类模板和函数模板区别

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

代码实例： 

#include <iostream>
using namespace std;
//类模板可以添加默认参数，但是要优先右边全有默认参数yuanze
template<class T1=string, typename T2=int>
class person {
public:
	person(T1 name, T2 age) {
		this->name = name;
		this->age = age;
	}
	T1 name;
	T2 age;
};
int main() {
	//person P("TOM", 90); //报错因为。类模板没有自动推导型
	person<string, int> P("TOM", 90);
	//有默认参数，可以省略类型，但是<>不能省略
	person<> P1("SOM", 900);
	cout << P.name << ' ' << P.age << endl;
	cout << P1.name << ' ' << P.age << endl;
	return 0;
}

注意：< >不可以省略，设置默认参数时，优先右边。

 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:
1.普通类中的成员函数—开始就可以创建
2.类模板中的成员函数在调用时才创建

代码实例：

#include <iostream>
using namespace std;
class person1 {
public:
	void fun1() {
		cout << "person1的fun函数调用" << endl;
	}
};
class person2 {
public:
	void fun2() {
		cout << "person2的fun函数调用" << endl;
	}
};

template<typename T>
class p {
public:
	p(T p) {
		this->fun = p;
	}
	T fun;
	void fun1() {
		//定义时不报错，只有实例化后，调用此函数才会检测是否报错。
		fun.fun1();
	}
	void fun2() {
		//定义时不报错，只有实例化后，调用此函数才会检测是否报错。
		fun.fun2();
	}
};


int main() {
	person1 p1;
	p<person1> p(p1);
	//此时会正常运行，不会报错，因为没有调用p.fun2();
	p.fun1();
	//p.fun2();   运行报错
	return 0;
}

3.4类模板做函数参数

—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

⒉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

3.4.1指定传入

代码实例：

#include <iostream>
using namespace std;
//默认参数
template<class T1=string,class T2=int>
class person {
public:
	T1 name;
	T2 id;
	person(T1 name, T2 id) {
		this->name = name;
		this->id = id;
	}
	void fun() {
		cout << name << ' ' << id << endl;
	}
};

//此函数不是模板函数，所以其参数要具体的参数
void fun(person<string, int>& p) {
	p.fun();
}

int main() {
	person<string, int> p("孙悟空", 78);
	fun(p);
	return 0;
}

​编辑

 3.4.2参数模板化

代码实例：

#include <iostream>
using namespace std;
//默认参数
template<class T1 = string, class T2 = int>
class person {
public:
	T1 name;
	T2 id;
	person(T1 name, T2 id) {
		this->name = name;
		this->id = id;
	}
	void fun() {
		cout << name << ' ' << id << endl;
	}
};

//实际上是创建模板函数
template<class T1,class T2>
void fun(person<T1, T2>& p) {
	p.fun();
}

int main() {
	person<string, int> p("猪八戒", 19);
	fun(p);
	return 0;
}

3.4.3类模板化

代码实例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
//默认参数
template<class T1 = string, class T2 = int>
class person {
public:
	T1 name;
	T2 id;
	person(T1 name, T2 id) {
		this->name = name;
		this->id = id;
	}
	void fun() {
		cout << name << ' ' << id << endl;
	}
};

//将整个类作为一个类型，创建模板函数
template<class T1>
void fun(T1& p) {
	p.fun();
}

int main() {
	person<string, int> p("沙僧", 19);
	fun(p);
	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

 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:
1.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。
2.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.代码实例：

#include <iostream>
using namespace std;
template<typename T>
class father {
public:
	T name;
};

//class father :public son 
//如果想灵活指定出父类中T的类型,子类也需变为类模板。
class son :public father<string> {
public:
	son(string name) {
		this->name = name;
	}
	void fun() {
		cout << this->name << endl;
	}
};

int main() {
	son s("Tom");
	s.fun();
	return 0;
}

​编辑

 2.代码实例：

#include <iostream>
using namespace std;
template<typename T>
class father {
public:
	T name;
};

//class father :public son 
//父类是模板类时，子类继承时要指定模板列表
template<class T1,class T2>
class son :public father<T2> {
public:
	T1 id;
	son(T1 id,T2 name) {
		this->name = name;
		this->id = id;
	}
	void fun() {
		cout << this->name << endl;
		cout << this->id << endl;
	}
};

int main() {
	son<int,string> s(100,"Tom");
	s.fun();
	return 0;
}


​编辑

 3.6类模板成员函数类外实现

代码实例：

#include <iostream>
using namespace std;
template<class T1,class T2>
class person {
public:
	T1 name;
	T2 id;
	person(T1 name, T2 id);
	void fun();
		
};

template<class T1, class T2>
person<T1,T2>::person(T1 name, T2 id) {
	this->name = name;
	this->id = id;
}

template<class T1, class T2>
void person<T1, T2>::fun() {
	cout << name << endl;
	cout << id << endl;
}

int main() {
	person<string, int> p("tom", 100);
	p.fun();
	return 0;
}

​编辑

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

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

·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

 代码：

person.hpp

#include <iostream>
using namespace std;

template<class T1 = string, class T2 = int>
class person {
public:
	T1 name;
	T2 age;
	person(T1 name, T2 age);
	void person_show();
};

template<class T1, class T2>
person<T1, T2>::person(T1 name, T2 age) {
	this->name = name;
	this->age = age;
}

template<class T1, class T2>
void person<T1, T2>::person_show() {
	cout << this->name << endl << this->age << endl;
}

person.cpp

#include "person.hpp";
int main() {
	person<> p("猪八戒", 100);
	p.person_show();
	return 0;
}

3.8类模板和友元

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 

类内实现 

 代码：

#include <iostream>
using namespace std;
template<class T1=string,class T2=int>
class person {
//定义友元函数，属于全局函数
	friend void person_show(person<T1,T2> p) {
		cout << p.name << endl << p.age << endl;
	}
public:
	person(T1 name, T2 age);
private:
	T1 name;
	T2 age;
};

template<class T1, class T2>
person<T1,T2>::person(T1 name, T2 age) {
	this->name = name;
	this->age = age;
}


int main() {
	person<> p("小明", 100);
	person_show(p);
	return 0;
}

 ​编辑

 类外实现

代码：

#include <iostream>
using namespace std;

//先声明有person类，防止报错
template<class T1, class T2>
class person;

//写在person定义之前，防止找不到报错
template<class T1, class T2>
void person_show(person<T1, T2> &p) {
	cout << p.name << endl << p.age << endl;
}

template<class T1,class T2>
class person {
	//friend void person_show(person<T1, T2>& p);  
	//错误写法,因为person_show是模板函数，此时T1是模板没的T1
	friend void person_show<>(person<T1, T2>& p);
	//正确写法，加入模板列表声明是模板
public:
	person(T1 name, T2 age);
private:
	T1 name;
	T2 age;
};

template<class T1, class T2>
person<T1,T2>::person(T1 name, T2 age) {
	this->name = name;
	this->age = age;
}


int main() {
	person<string, int> p("猪八戒", 100);
	person_show(p);
	return 0;
}

总结: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 


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

代码 

myArray.hpp

#pragma
#include <iostream>
using namespace std;

template<class T>
class myArray {
public:
	myArray(int capacity);
	myArray(myArray& p);
	~myArray();

	//重载=，防止浅拷贝
	myArray& operator=(const myArray& p) {
		if (this->Array != NULL) {
			delete[] this->Array;
			this->Array = NULL;
		}
		this->capacity = p.capacity;
		this->size = p.size;
		this->Array = p.Array;
		for (int i = 0; i < this->size; ++i) {
			this->Array[i] = p.Array[i];
		}
	}
	T& operator[](int index) {
		return this->Array[index];
	}
	void push_back(const T& val);
	void pop_back();
	int getsize() {
		return this->size;
	}
	int getcapacity() {
		return this->capacity;
	}
private:
	T* Array;
	int size;
	int capacity;
};

//拷贝构造函数，注意要用深拷贝
template<class T>
myArray<T>::myArray(myArray& p) {
	this->size = p.size;
	this->capacity = p.capacity;
	this->Array = new T[this->capacity];
	for (int i = 0; i < this->size; ++i) {
		this->Array[i] = p.Array[i];
	}
}

//有参构造函数
template<class T>
myArray<T>::myArray(int capacity) {
	this->capacity = capacity;
	this->Array = new T[this->capacity];
	this->size = 0;
}

//析构函数
template<class T>
myArray<T>::~myArray() {
	if (this->Array != NULL) {
		delete[] this->Array;
		this->Array = NULL;
	}	
}

template<class T>
void myArray<T> :: push_back(const T& val) {
	if (this->size == this->capacity) {
		return;
	}
	this->Array[this->size++] = val;
}

template<class T>
void myArray<T> ::pop_back() {
	if (this->size == 0) {
		return;
	}
	--this->size;
}

main.cpp

#include "myArray.hpp"
class person {
public:
	string name;
	int age;
	person() {}
	person(string name, int age) {
		this->name = name;
		this->age = age;
	}
};


void myprintf(myArray<person>& p) {
	for (int i = 0; i < p.getsize(); ++i) {
		cout << p[i].name << "  " << p[i].age << endl;
	}
}


void fun() {
	person p1("小明", 100);
	person p2("小壮", 130);
	person p3("小聪", 103);
	person p4("小红", 1560);
	person p5("小懒", 190);
	//调用默认构造函数
	myArray<person> p(10);
	p.push_back(p1);
	p.push_back(p2);
	p.push_back(p3);
	p.push_back(p4);
	p.push_back(p5);

	cout << p.getsize() << endl;
	cout << p.getcapacity() << endl;
	myprintf(p);
	p.pop_back();
	cout << "弹出最后一个" << endl;
	myprintf(p);
	cout << "判断拷贝构造函数" << endl;
	myArray<person> p6(p);
	myprintf(p6);
	cout << "判断operator=" << endl;
	myArray<person> p7(0);
	p7 = p;
	myprintf(p7);
}
int main() {
	fun();
	return 0;
}


​

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