C++反迭代器和模板进阶
1.反向迭代器
用正向迭代器适配出反向迭代器
这里是自己实现的反向迭代器版本，与STL标准库里的有点不太一样
#pragma once
template<class Iterator,class Ref,class Ptr>
class ReverseIterator
{
typedef ReverseIterator<Iterator, Ref, Ptr> Self;
public:
ReverseIterator(Iterator it)
:_it(it)
{}
Self& operator++()
{
--_it;
return *this;
}
Self& operator--()
{
++_it;
return *this;
}
Ref operator*()
{
return *_it;//无论是正向迭代器还是反向迭代器所指向的元素都一样
}
Ptr operator->()
{
return _it.operator->();//显示调用，无论是正向迭代器还是反向迭代器所指向的地址都一样
}
bool operator!=(const Self& s)
{
return _it != s._it;
}
private:
Iterator _it;
};
这里是STL标准库里实现的反向迭代器
#pragma once
template<class Iterator,class Ref,class Ptr>
class ReverseIterator
{
public:
typedef ReverseIterator<Iterator, Ref, Ptr> Self;
ReverseIterator(Iterator it)
:_it(it)
{}
Self& operator++()
{
--_it;
return *this;
}
Self& operator--()
{
++_it;
return *this;
}
Ref operator*()//主要是这里不太一样，这里其实是先访问迭代器之前的元素，再让迭代器指向这，而自己写的是先让迭代器指向这，再访问迭代器指向的元素
{
Iterator cur = _it;
return *(--cur);
}
Ptr operator->()
{
return _it->operator*();
}
bool operator!=(const Self& s)
{
return _it != s._it;
}
bool operator==(const Self& s)
{
return _it == s._it;
}
private:
Iterator _it;
};
下面是在vector和list实现的基础上再加入反向迭代器，也是分两个版本，自己实现的版本，和库里的版本
自己实现的vector反向迭代器
#pragma once
#include<assert.h>
#include<iostream>
#include<vector>
#include<string>
using namespace std;
#include"reverse_iterator_copy.h"
namespace ljh
{
template<class T>
class vector
{
public:
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
typedef ReverseIterator<iterator, T&, T*> reverse_iterator;
typedef ReverseIterator<const_iterator, const T&, const T*> const_reverse_iterator;
reverse_iterator rbegin()
{
return reverse_iterator(end() - 1);
}
reverse_iterator rend()
{
return reverse_iterator(begin() - 1);
}
const_reverse_iterator rbegin()const
{
return const_reverse_iterator(end() - 1);
}
const_reverse_iterator rend() const
{
return const_reverse_iterator(begin() - 1);
}
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator begin() const
{
return _start;
}
const_iterator end() const
{
return _finish;
}
vector()
{}
template<class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
vector(size_t n, const T& val = T())
{
reserve(n);
for (size_t i = 0;i < n;i++)
{
push_back(val);
}
}
vector(int n, const T& val = T())
{
reserve(n);
for (int i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
//v2(v1)
vector(const vector<T>& v)
{
reserve(v.capacity());
for (auto& a : v)
{
push_back(a);
}
}
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start,v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
}
//v1=v3
vector<T>& operator=(vector<T> tmp)
{
swap(tmp);
return *this;
}
~vector()
{
delete[] _start;
_start = nullptr;
_finish = nullptr;
_endofstorage = nullptr;
}
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
T* tmp = new T[n];
size_t sz = size();
if (_start)
{
for (size_t i = 0;i < sz;i++)
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = tmp + sz;
_endofstorage = tmp + n;
}
}
void resize(size_t n, const T& val = T())
{
if (n <= size())
{
_finish = _start + n;
}
else
{
reserve(n);
while (_finish < _start + n)
{
*_finish = val;
_finish++;
}
}
}
void push_back(const T& x)
{
if (_finish == _endofstorage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
}
*_finish = x;
_finish++;
}
void insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
if (_finish == _endofstorage)
{
//注意扩完容后pos不在是要插入pos,位置改变了,要更新pos
size_t len = pos - _start;
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
pos = _start + len;
}
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
end--;
}
*pos = x;
++_finish;
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos < _finish);
iterator it = pos + 1;
while (it < _finish)
{
*(it - 1) = *it;
it++;
}
_finish--;
return pos;
}
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
const T& operator[](size_t pos) const
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
size_t capacity() const
{
return _finish - _start;
}
size_t size() const
{
return _finish - _start;
}
private:
iterator _start = nullptr;
iterator _finish = nullptr;
iterator _endofstorage = nullptr;
};
}
库里实现的反向迭代器
#pragma once
#pragma once
#include<assert.h>
#include<iostream>
#include<vector>
#include<string>
using namespace std;
#include"reverse_iterator.h"
namespace ljh
{
template<class T>
class vector
{
public:
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
typedef ReverseIterator<iterator, T&, T*> reverse_iterator;
typedef ReverseIterator<const_iterator, const T&, const T*> const_reverse_iterator;
reverse_iterator rbegin()
{
return reverse_iterator(end());
}
reverse_iterator rend()
{
return reverse_iterator(begin());
}
const_reverse_iterator rbegin()const
{
return const_reverse_iterator(end());
}
const_reverse_iterator rend() const
{
return const_reverse_iterator(begin());
}
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator begin() const
{
return _start;
}
const_iterator end() const
{
return _finish;
}
vector()
{}
template<class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
vector(size_t n, const T& val = T())
{
reserve(n);
for (size_t i = 0;i < n;i++)
{
push_back(val);
}
}
vector(int n, const T& val = T())
{
reserve(n);
for (int i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
//v2(v1)
vector(const vector<T>& v)
{
reserve(v.capacity());
for (auto& a : v)
{
push_back(a);
}
}
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
}
//v1=v3
vector<T>& operator=(vector<T> tmp)
{
swap(tmp);
return *this;
}
~vector()
{
delete[] _start;
_start = nullptr;
_finish = nullptr;
_endofstorage = nullptr;
}
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
T* tmp = new T[n];
size_t sz = size();
if (_start)
{
for (size_t i = 0;i < sz;i++)
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = tmp + sz;
_endofstorage = tmp + n;
}
}
void resize(size_t n, const T& val = T())
{
if (n <= size())
{
_finish = _start + n;
}
else
{
reserve(n);
while (_finish < _start + n)
{
*_finish = val;
_finish++;
}
}
}
void push_back(const T& x)
{
if (_finish == _endofstorage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
}
*_finish = x;
_finish++;
}
void insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
if (_finish == _endofstorage)
{
//注意扩完容后pos不在是要插入pos,位置改变了,要更新pos
size_t len = pos - _start;
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
pos = _start + len;
}
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
end--;
}
*pos = x;
++_finish;
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos < _finish);
iterator it = pos + 1;
while (it < _finish)
{
*(it - 1) = *it;
it++;
}
_finish--;
return pos;
}
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
const T& operator[](size_t pos) const
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
size_t capacity() const
{
return _finish - _start;
}
size_t size() const
{
return _finish - _start;
}
private:
iterator _start = nullptr;
iterator _finish = nullptr;
iterator _endofstorage = nullptr;
};
}
自己实现的list反向迭代器
#pragma once
#include<set>
#include<iostream>
using namespace std;
#include<vector>
#include<string>
#include"reverse_iterator.h"
namespace ljh
{
template<class T>
struct list_node
{
list_node(const T& x = T())
:_date(x)
,_next(nullptr)
,_prev(nullptr)
{}
public:
T _date;
list_node<T>* _next;
list_node<T>* _prev;
};
//T T& T*
//T const T& const T*
template<class T ,class Ref,class Ptr>
struct __list_iterator
{
typedef list_node<T> Node;
typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> self;
Node* _node;
__list_iterator(Node* node)
:_node(node)
{}
self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
self& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
self operator++(int)
{
self tmp(*this);
_node = _node->_next;;
return tmp;
}
self operator--(int)
{
self tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
Ref operator* ()
{
return _node->_date;
}
Ptr operator->()
{
return &(_node->_date);
}
bool operator!=(const self& s)
{
return _node != s._node;
}
bool operator==(const self& s)
{
return _node == s._node;
}
public:
};
template<class T>
class list
{
typedef list_node<T> Node;
public:
typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;
typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
typedef ReverseIterator<iterator, T&, T*> reverse_iterator;
typedef ReverseIterator<const_iterator, const T&, const T*> const_reverse_iterator;
reverse_iterator rbegin()
{
return reverse_iterator(--end());
}
reverse_iterator rend()
{
return reverse_iterator(end());
}
const_reverse_iterator rbegin() const
{
return const_reverse_iterator(--end());
}
const_reverse_iterator rend() const
{
return const_reverse_iterator(end());
}
const_iterator begin() const
{
return const_iterator(_head->_next);
}
const_iterator end() const
{
return const_iterator(_head);
}
iterator begin()
{
return iterator(_head->_next);
}
iterator end()
{
return iterator(_head);
}
void empty_init()
{
_head = new Node;
_size = 0;
_head->_next=_head;
_head->_prev = _head;
}
list()
{
empty_init();
}
void swap(list<T>& lt)
{
std::swap(_head, lt._head);
std::swap(_size, lt._size);
}
//lt2(lt1)
list(const list<T>& lt)
{
empty_init();
for (auto e : lt)
{
push_back(e);
}
}
//lt2=lt1
list<T>& operator=(list<T> lt)
{
swap(lt);
return *this;
}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
_size = 0;
}
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it);
}
}
void push_back(const T& x)
{
insert(end(), x);
}
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
Node* cur = pos._node;
Node* newnode = new Node(x);
Node* prev = cur->_prev;
prev->_next = newnode;
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
newnode->_prev = prev;
++_size;
return iterator(newnode);
}
iterator erase(iterator pos)
{
Node* cur = pos._node;
Node* next = cur->_next;
Node* prev = cur->_prev;
delete cur;
next->_prev = prev;
prev->_next = next;
--_size;
return iterator(next);
}
size_t size()
{
return _size;
}
private:
Node* _head;
size_t _size;
};
}
库里实现的list反向迭代器
#pragma once
#pragma once
#include<set>
#include<iostream>
using namespace std;
#include<vector>
#include<string>
#include"reverse_iterator.h"
namespace ljh
{
template<class T>
struct list_node
{
list_node(const T& x = T())
:_date(x)
, _next(nullptr)
, _prev(nullptr)
{}
public:
T _date;
list_node<T>* _next;
list_node<T>* _prev;
};
//T T& T*
//T const T& const T*
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct __list_iterator
{
typedef list_node<T> Node;
typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr> self;
Node* _node;
__list_iterator(Node* node)
:_node(node)
{}
self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
self& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
self operator++(int)
{
self tmp(*this);
_node = _node->_next;;
return tmp;
}
self operator--(int)
{
self tmp(*this);
_node = _node->_prev;
return tmp;
}
Ref operator* ()
{
return _node->_date;
}
Ptr operator->()
{
return &(_node->_date);
}
bool operator!=(const self& s)
{
return _node != s._node;
}
bool operator==(const self& s)
{
return _node == s._node;
}
public:
};
template<class T>
class list
{
typedef list_node<T> Node;
public:
typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator;
typedef __list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
typedef ReverseIterator<iterator, T&, T*> reverse_iterator;
typedef ReverseIterator<const_iterator, const T&, const T*> const_reverse_iterator;
reverse_iterator rbegin()
{
return reverse_iterator(end());
}
reverse_iterator rend()
{
return reverse_iterator(begin());
}
const_reverse_iterator rbegin() const
{
return const_reverse_iterator(end());
}
const_reverse_iterator rend() const
{
return const_reverse_iterator(begin());
}
const_iterator begin() const
{
return const_iterator(_head->_next);
}
const_iterator end() const
{
return const_iterator(_head);
}
iterator begin()
{
return iterator(_head->_next);
}
iterator end()
{
return iterator(_head);
}
void empty_init()
{
_head = new Node;
_size = 0;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
list()
{
empty_init();
}
void swap(list<T>& lt)
{
std::swap(_head, lt._head);
std::swap(_size, lt._size);
}
//lt2(lt1)
list(const list<T>& lt)
{
empty_init();
for (auto e : lt)
{
push_back(e);
}
}
//lt2=lt1
list<T>& operator=(list<T> lt)
{
swap(lt);
return *this;
}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
_size = 0;
}
void clear()
{
iterator it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it);
}
}
void push_back(const T& x)
{
insert(end(), x);
}
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
Node* cur = pos._node;
Node* newnode = new Node(x);
Node* prev = cur->_prev;
prev->_next = newnode;
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
newnode->_prev = prev;
++_size;
return iterator(newnode);
}
iterator erase(iterator pos)
{
Node* cur = pos._node;
Node* next = cur->_next;
Node* prev = cur->_prev;
delete cur;
next->_prev = prev;
prev->_next = next;
--_size;
return iterator(next);
}
size_t size()
{
return _size;
}
private:
Node* _head;
size_t _size;
};
}
2.模板
2.1非类型模板参数
类型形参即：出现在模板参数列表中，跟在class或者typename之类的参数类型名称。
非类型形参，就是用一个常量作为类(函数)模板的一个参数，在类(函数)模板中可将该参数当成常量来使用。
namespace ljh
{
// 定义一个模板类型的静态数组
template<class T, size_t N = 10>
class array
{
public:
T& operator[](size_t index)
{
return _array[index];
}
const T& operator[](size_t index)const
{
return _array[index];
}
size_t size()const
{
return _size;
}
bool empty()const
{
return 0 == _size;
}
private:
T _array[N];
size_t _size;
};
}
注意：
- 浮点数、类对象以及字符串是不允许作为非类型模板参数的。
- 非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果。
2.2模板的特化
2.2.1函数模板
// 函数模板 -- 参数匹配
template<class T>
bool Less(T left, T right)
{
return left < right;
}
int main()
{
cout << Less(1, 2) << endl; // 可以比较，结果正确
Date d1(2022, 7, 7);
Date d2(2022, 7, 8);
cout << Less(d1, d2) << endl; // 可以比较，结果正确
Date* p1 = &d1;
Date* p2 = &d2;
cout << Less(p1, p2) << endl; // 可以比较，结果错误
//这里比较指针的地址去了
//需要对模板进行特化,在原模板类的基础上，针对特殊类型所进行特殊化的实现方式
return 0;
}
函数模板的特化步骤：
- 必须要先有一个基础的函数模板
- 关键字template后面接一对空的尖括号<>
- 函数名后跟一对尖括号，尖括号中指定需要特化的类型
- 函数形参表: 必须要和模板函数的基础参数类型完全相同，如果不同编译器可能会报一些奇怪的错误。
// 函数模板 -- 参数匹配
template<class T>
bool Less(T left, T right)
{
return left < right;
}
// 对Less函数模板进行特化
template<>
bool Less<Date*>(Date* left, Date* right)
{
return *left < *right;
}
int main()
{
cout << Less(1, 2) << endl;
Date d1(2022, 7, 7);
Date d2(2022, 7, 8);
cout << Less(d1, d2) << endl;
Date* p1 = &d1;
Date* p2 = &d2;
cout << Less(p1, p2) << endl; // 调用特化之后的版本，而不走模板生成了
return 0;
}
2.2.2类模板特化
2.2.2.1 全特化
全特化即是将模板参数列表中所有的参数都确定化。
template<class T1, class T2>
class Data
{
public:
Data() {cout<<"Data<T1, T2>" <<endl;}
private:
T1 _d1;
T2 _d2;
};
template<>
class Data<int, char>
{
public:
Data() {cout<<"Data<int, char>" <<endl;}
private:
int _d1;
char _d2;
};
void TestVector()
{
Data<int, int> d1;
Data<int, char> d2;
}
2.2.2.1 偏特化
偏特化：任何针对模版参数进一步进行条件限制设计的特化版本。比如对于以下模板类：
template<class T1, class T2>
class Data
{
public:
Data() {cout<<"Data<T1, T2>" <<endl;}
private:
T1 _d1;
T2 _d2;
};
部分特化：
template<class T1>
class Data<T1,int>
{
public:
Data() {cout<<"Data<T1, T2>" <<endl;}
private:
T1 _d1;
int _d2;
};
偏特化并不仅仅是指特化部分参数，而是针对模板参数更进一步的条件限制所设计出来的一个特化版本。
//两个参数偏特化为指针类型
template <typename T1, typename T2>
class Data <T1*, T2*>
{
public:
Data() {cout<<"Data<T1*, T2*>" <<endl;}
private:
T1 _d1;
T2 _d2;
};
//两个参数偏特化为引用类型
template <typename T1, typename T2>
class Data <T1&, T2&>
{
public:
Data(const T1& d1, const T2& d2)
: _d1(d1)
, _d2(d2)
{
cout<<"Data<T1&, T2&>" <<endl;
}
private:
const T1 & _d1;
const T2 & _d2;
};
void test2 ()
{
Data<double , int> d1; // 调用特化的int版本
Data<int , double> d2; // 调用基础的模板
Data<int *, int*> d3; // 调用特化的指针版本
Data<int&, int&> d4(1, 2); // 调用特化的指针版本
}
2.3模板的分离编译
先总结一句：模板尽量不要分离编译很坑！！！！！！！！！
分离编译：将定义与声明分开
// a.h
template<class T> T Add(const T& left, const T& right);
// a.cpp
template<class T> T Add(const T& left, const T& right)
{
return left + right;
}
// main.cpp
#include"a.h"
int main()
{
Add(1, 2);
Add(1.0, 2.0);
return 0;
}
在a.cpp中，编译器没有看到对Add模板函数的实例化，因此不会生成具体的加法函数，
在main.obj中调用的Add与Add，编译器在链接时才会找其地址，但是这两个函数没有实例化没有生成具体代码，因此链接时报错。
解决办法：1.模板定义的位置显示实例化，这个方法极其麻烦，直接将模板的可以自动推演参数的优势给消灭了
2. 将声明和定义放到一个文件 “xxx.hpp” 里面或者xxx.h。（也就是不要分离编译！！！！）
2.4模板的优缺点
优点：
- 模板复用了代码，节省资源，更快的迭代开发，C++的标准模板库(STL)因此而产生
- 增强了代码的灵活性
缺陷：
- 模板会导致代码膨胀问题，也会导致编译时间变长
- 出现模板编译错误时，错误信息非常凌乱，不易定位错误