C++模板 —— 万字带你了解C++模板(蓝桥杯算法比赛必备知识STL基础)

发布于:2022-11-09 ⋅ 阅读:(6) ⋅ 点赞:(0) ⋅ 评论:(0)

目录

模板的概念

函数模板 

         函数模板的作用:

函数模板的语法:

解释:

示例:

总结:

函数模板注意事项

注意事项:

示例:

总结:

 函数模板案例

案例描述:

示例:

普通函数与函数模板的区别

总结:

普通函数与函数模板的调用规则

调用规则如下:

示例:

模板的局限性(函数模板的第二种实现)

类模板

类模板基础语法 

语法:

解释:

示例:

类模板与函数模板的区别

问题引出(一)

问题引出(二)

类模板中成员函数调用时机

添加测试代码:

总结:

类模板对象做函数参数

类模板与继承

示例:

类模板成员函数类外实现

类模板与友元


模板的概念

模板就是我们建立的通用的模具,用来提高代码的复用性。

生活中最经典的就是证件照模板了

 上面模板的特点:

  • 模板不可以直接使用,它只是一个框架(不可能拿一个照片模板交给领导或者老师吧,得有你自己的“信息”)

  • 模板的通用并不是万能的


函数模板 

  •  C++的另一种编程思想——泛型编程,利用的主要就是模板
  • C++提供两种模板机制:函数模板类模板

函数模板的作用:

        建立一个通用函数,其函数返回值类型和形参类型不具制定,用一个虚拟类型代替。

函数模板的语法:

//template告诉编译器,要开始写模板了
//typename或者class都可以
//T是虚拟类型
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:

//交换整型函数
void swapInt(int &a,int &b){
    int temp = 0;
    a = b;
    b = temp;
}

//交换浮点型函数
void swapDouble(double &a,double &b){
    double temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

//利用函数模板提供通用的交换函数
template<tyoename T>
void mySwap(T &A,T &b)
{
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

void test01()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	
	//swapInt(a, b);

	//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);

	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << 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


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(函数中没有用到T的话,就只能自己写了)

示例:

//利用模板提供通用的交换函数
template<class T>	//typename可以替换成class
void mySwap(T& a, T& b)
{
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}


// 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
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
}


// 2、模板必须要确定出T的数据类型,才可以使用
template<class T>
void func()
{
	cout << "func 调用" << endl;
}

void test02()
{
    //因为函数体中没有用到T,所以自动类型推导也不知道怎么推导了
	//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
}

int main() {

	test01();
	test02();

	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


 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int数组进行测试

示例:

//交换函数模板
template<class T>
void mySwap(T& a, T& b)
{
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

//排序算法
template<class T>
void mySort(T arr[] , int len) {
	for (int i = 0; i < len ; i++) {
		int max = i;	//先随便找一个设为最大值
		for (int j = i + 1; j < len; j++)
		{
			if (arr[max] < arr[j])
				//更新下标
				max = j;
		}
		if (max != i)
		{
			//交换max和i下标的元素
			mySwap(arr[max],arr[i]);
		}
	}
}

//提供打印数组模板
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[] = "bcfac";
	int num = sizeof(charArr) / sizeof(char);
	mySort(charArr, num);
	printArray(charArr , num);
}

void test02()
{
	//测试int数组
	int intArr[] = { 7, 5, 8, 1, 3, 9, 2, 4, 6 };
	int num = sizeof(intArr) / sizeof(int);
	mySort(intArr, num);
	printArray(intArr, num);
}

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

	system("pause");
	return 0;
}

如果上面这些程序你都实现了,那么你一定会对模板深有体会,模板大大提高了代码复用,需要熟练掌握


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

//普通函数
int myAdd01(int a, int b)
{
	return a + b;
}

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

//使用函数模板时,如果用自动类型推导,不会发生自动类型转换,即隐式类型转换
void test01()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	char c = 'c';
	
	cout << myAdd01(a, c) << endl; //正确,将char类型的'c'隐式转换为int类型  'c' 对应 ASCII码 99

	//myAdd02(a, c); // 报错,使用自动类型推导时,不会发生隐式类型转换

	myAdd02<int>(a, c); //正确,如果用显示指定类型,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


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

简单来说就是,函数模板里面,同名普通函数(只有声明也成立,只是会报错🤣)优先调用,同时函数模板也是可以重载的。

示例:

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

template<typename T>
void myPrint(T a, T b) 
{ 
	cout << "调用的模板" << endl;

//函数模板重载
template<typename T>
void myPrint(T a, T b, T c) 
{ 
	cout << "调用重载的模板" << endl; 
}

void test01()
{
	//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
	// 注意 如果告诉编译器  普通函数是有的,但只是声明没有实现,或者不在当前文件内实现,就会报错找不到
	int a = 10;
	int b = 20;
	myPrint(a, b); //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
	myPrint<>(a, b); //调用函数模板

	//3、函数模板也可以发生重载
	int c = 30;
	myPrint(a, b, c); //调用重载的函数模板

	//4、 如果函数模板可以产生更好的匹配,优先调用函数模板
	char c1 = 'a';
	char c2 = 'b';
	myPrint(c1, c2); //调用函数模板
}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

其实我们提供函数模板了,就尽量不要再写普通函数了,不然会出现二义性的。


模板的局限性(函数模板的第二种实现)

函数模板并不是万能的,有些特定数据类型,需要用具体化方式做特殊实现。

只有C++内置的数据类型可以直接使用前面学到的函数模板,自定义数据类型往往不能实现。

#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;
};

//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;
}

如上,利用具体化的模板,可以解决自定义类型的通用化。


类模板

类模板和函数模板的区别在于模板声明下面加的是类还是函数。

类模板基础语法 

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

示例:

//类模板
// 流程:
	//class后面紧跟着的就是通用数据类型(如果成员中需要两个,就用逗号分隔写两个)
	//然后test01()中,在传入的时候,用模板参数列表给这里的两个..Type传值
	//后面的两个数据"猴哥",500;是给有参构造里面的name和age传值
	//最后调用showPerson输出
template<class NameType,class AgeType>
class Person
{
public:
	//写构造函数赋初值
	Person(NameType name, AgeType age)
	{
		this->m_Age = age;
		this->m_Name = name;
	}

	void showPerson()
	{
		cout << "name:" << this->m_Name << "age:" << this->m_Age << endl;
	}

	//两个类型不一样,需要两个模板数据类型
	NameType m_Name;
	AgeType m_Age;
};

void test01()
{	//将类型参数化
	Person<string, int> p("猴哥",500);//后两个数据是实参,传给有参构造
	p.showPerson();
}

int main()
{
	test01();
	system("pause");
	return 0;
}

类模板与函数模板的区别

问题引出(一)

现在我们对上节示例稍微进行一下改动,把我们的显示类型声明给去掉。报错

所以类模板是没有自动类型推导的。

问题引出(二)

看这里,我没有声明传入int型,但是也能实现,你猜是为什么?

 

 原来,我在前面加了点“小料”。

我在声明模板的时候直接把AgeTyoe = int了,后面传进去的时候就不需要说是int型了。

所以这就是类模板在模板参数列表中可以有默认参数


类模板中成员函数调用时机

//类模板中成员函数创建时机
//类模板中成员函数在调用时才去创建
class Person1 {
public:
	void showPerson1() {
		cout << "showPerson1函数调用" << endl;
	}
};
class Person2 {
public:
	void showPerson2() {
		cout << "showPerson2函数调用" << endl;
	}
};

//类模板
template<class T>
class MyClass
{
public:
	T obj;

	//类模板中的成员函数
	void func1() {
		obj.showPerson1();
	}
	void func2() {
		obj.showPerson2();
	}
};

int main()
{
	system("pause");
	return 0;
}

这里没有调用类模板里面的成员函数,运行发现成功了。

这两个成员函数fuc1,func2只要不调用就不会创建,因为编译器不知道类模板里面的obj是什么类型的。

添加测试代码:

void test01() {
	MyClass<Person1>m;
	m.func1();
	m.func2();
}

调用测试运行结果:

我们调用成员函数func1,func2,就可以确定obj就是Person1的数据类型,Person1没有showPerson2成员函数,所以会报错。

总结:

        类模板中的成员函数并不是一开始就创建的,在调用时才去创建


类模板对象做函数参数

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

#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);
}

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

示例:

template<class T>
class Base
{
	T m;
};

//class Son:public Base  //错误,c++编译需要给子类分配内存,必须知道父类中T的类型才可以向下继承
class Son :public Base<int> //必须指定一个类型
{
};
void test01()
{
	Son c;
}


//类模板继承类模板 ,可以用T2指定父类中的T类型
template<class T1, class T2>//想要灵活的指定父类中的T类型,子类也需要变成类模板
class Son2 :public Base<T2>
{
public:
	Son2()
	{
		cout << typeid(T1).name() << endl;
		cout << typeid(T2).name() << endl;
	}
};

void test02()
{
	Son2<int, char> child1;
}


int main() {

	test01();

	test02();

	system("pause");

	return 0;
}

类模板成员函数类外实现

类模板中成员函数类外实现时,需要加上模板参数列表。 

#include <string>


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;
}

类模板与友元

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

​​​​​​​

#include <string>

//2、全局函数配合友元  类外实现 - 先做函数模板声明,下方在做函数模板定义,在做友元
template<class T1, class T2> class Person;

//如果声明了函数模板,可以将实现写到后面,否则需要将实现体写到类的前面让编译器提前看到
//template<class T1, class T2> void printPerson2(Person<T1, T2> & p); 

template<class T1, class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2> & p)
{
	cout << "类外实现 ---- 姓名: " << p.m_Name << " 年龄:" << p.m_Age << endl;
}

template<class T1, class T2>
class Person
{
	//1、全局函数配合友元   类内实现
	friend void printPerson(Person<T1, T2> & p)
	{
		cout << "姓名: " << p.m_Name << " 年龄:" << p.m_Age << endl;
	}


	//全局函数配合友元  类外实现
	friend void printPerson2<>(Person<T1, T2> & p);

public:

	Person(T1 name, T2 age)
	{
		this->m_Name = name;
		this->m_Age = age;
	}


private:
	T1 m_Name;
	T2 m_Age;

};

//1、全局函数在类内实现
void test01()
{
	Person <string, int >p("Tom", 20);
	printPerson(p);
}


//2、全局函数在类外实现
void test02()
{
	Person <string, int >p("Jerry", 30);
	printPerson2(p);
}

int main() {

	//test01();

	test02();

	system("pause");

	return 0;
}