C++进阶编程

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

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。

例如生活中的模板

一寸照片的模板：

image-20220214185436420

PPT模板

image-20220214201657407

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裁定，用一个虚拟的类型来代表。

语法：

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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

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

//交换两个整型函数
void swapInt(int& a, int& b) {
	int temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}
//交换两个浮点型函数
void swapDouble(double& a, double& b) {
	double temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

//函数模板
template<typename T> //声明一个模板，后面的代码中紧跟的T不要报错，T是一个通用数据类型
void mySwap(T& a, T& b) {
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

void test01() {
	int a = 10;
	int b = 20;
	//swapInt(a, b);//代码正确，传统方式的代码
	//利用函数模板交换两个数据
	//两种方式使用函数模板：1.自动类型推导 2.显示指定类型
	//1.自动类型推导
	mySwap(a, b);
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;

	double c = 1.1;
	double d = 2.2;
	//2.显示指定类型
	mySwap<double>(c, d);
	//swapDouble(c, d);//代码正确，传统方式的代码
	cout << "c = " << c << endl;
	cout << "d = " << d << endl;
}

int main() {
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

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

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

//函数模板
template<typename T> //typename可以替换成class
void mySwap(T& a, T& b) {
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

template<typename T> 
void func() {
	cout << "func调用" << endl;
}

void test01() {
	int a = 10;
	int b = 20;
	char cc = 'c';
	mySwap(a, b);
	//mySwap(a, cc);//代码错误，推导不出一致的T类型
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	
	//func();//代码错误，必须要确定T的数据类型，才可以使用
	func<int>();//代码正确
}

int main() {
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

总结：使用模板时必须确定出通用数据类型T，并且能够推导出一致的类型。

1.2.3 函数模板案例

案例描述：

  • 利用函数模板封装一个排序的函数，可以对不同数据类型数组进行排序
  • 排序规则从大到小，排序算法为选择排序
  • 分别利用char数组和int数组进行测试

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

template<typename T>
void mySwap(T& a, T& b) {
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

//实现通用 对数组进行排序的函数，规则 从大到小 算法 选择排序  测试 char数组和int数组
template<typename T> //typename可以替换成class
void mySort(T& arr, int len) {
	for (int i = 0; i < len; i++) {
		int max = i;
		for (int j = i + 1; j < len; j++) {
			if (arr[max] < arr[j]) {
				max = j;
			}
		}
		if (max != i) {
			//交换max和i元素
			mySwap(arr[max], arr[i]);
		}
	}
}

template<class T>
void printArray(T arr[], int len) {
	for (int i = 0; i < len; i++) {
		cout << arr[i] << " ";
	}
	cout << endl;
}

void test01() {
	//测试char数组
	char charArr[] = "badcfe";
	int num = sizeof(charArr) / sizeof(char);
	mySort(charArr, num);
	printArray(charArr, num);
}

void test02() {
	//测试int数组
	int intArr[] = { 7,5,1,3,4,9,6 };
	int num = sizeof(intArr) / sizeof(int);
	mySort(intArr, num);
	printArray(intArr, num);
}

int main() {
	test01();
	test02();

	system("pause");
	return 0;
}

1.2.4 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

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

//普通函数与函数模板的区别
int myAdd01(int a, int b) {
	return a + b;
}

template<class T>
T myAdd02(T a, T b) {
	return a + b;
}

void test01() {
	int a = 10;
	int b = 20;
	char c = 'c';//a - 97  c - 99
	cout << myAdd01(a, c) << endl;
	//自动类型推导
	//cout << myAdd02(a, c) << endl;//代码错误，无法推导出一致的T的类型，无法隐式类型转换
	cout << myAdd02<int>(a, c) << endl;//代码正确，明确指定了T的类型，因此可以发生隐式类型转换
}

int main() {
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

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

1.2.5 普通函数和函数模板的区别

调用规则如下：

  1. 如果函数模板和普通函数都可以实现，优先使用普通函数；
  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

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

//普通函数与函数模板调用规则
void myPrint(int a, int b) {
	cout << "调用普通函数" << endl;
}

template<class T>
void myPrint(T a, T b) {  //允许普通函数和函数模板同时存在
	cout << "调用函数模板" << endl;
}

template<class T>
void myPrint(T a, T b, T c) {  //允许普通函数和函数模板可以同时存在
	cout << "调用重载的函数模板" << endl;
}

void test01() {
	int a = 10;
	int b = 20;
	int c = 30;
	char c1 = 'a';
	char c2 = 'b';

	myPrint(a, b);//优先调用的是普通函数
	myPrint<>(a, b);//通过空模板参数列表，强制调用函数模板
	myPrint(a, b, c);//调用重载的函数模板
	myPrint(c1, c2);//调用的是函数模板，因为如果选择普通函数需要进行隐式类型转换，而函数模板不需要
}

int main() {
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

总结：既然提供了函数模板，最好不要提供普通函数，否则容易出现二义性。

1.2.6 模板的局限性

局限性：模板的通用性并不是万能的

例如：

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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。

例如：

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template<class T>
void f(T a, T b) {
	if(a > b){ ... }
}

在上述代码中，如果T的数据类型传入的是像Person这样的自定义数据类型，也无法正常运行。因此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：

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#include<iostream>
using namespace std;

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

class Person {
public:
	Person(string name, int age) {
		this->m_Name = name;
		this->m_Age = age;
	}
	string m_Name;
	int m_Age;
};
//利用具体化Person的版本实现代码，具体化代码实现
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;

	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", 11);

	bool ret = myCompare(p1, p2);
	if (ret) {
		cout << "p1 == p2" << endl;
	}
	else {
		cout << "p1 != p2" << endl;
	}
}

int main() {
	test01();
	test02();

	system("pause");
	return 0;
}

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

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确定，用一个虚拟的类型来代表。

语法：

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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

示例：

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