【C++ 泛型编程01：模板】函数模板与类模板
【模板】
-
除了OOP外，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
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。
语法
template
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
例子
举个例子，我们要写一些交换数据的函数
#include
using namespace std;
//两个整形交换的函数
void swapInt(int& a, int& b) {
int temp = a;
a = b;
b = temp;
}
//交换浮点型函数
void swapDouble(double& a, double& b) {
double temp = a;
a = b;
b = temp;
}
void test01() {
int a = 10;
int b = 20;
swapInt(a, b);
cout 很简单，但是像上面那样写函数，那交换不同的数据交换就要有对应的函数，很冗余
如果可以先不告诉函数输入参数的类型，用的时候再确定，就可以抽象一个通用的交换函数
这就是模板的用途，于是上面的例子便可以写成：
#include
using namespace std;
//函数模板
template //声明一个模板，后面代码里面用T的时候不要报错，T为通用数据类型
void MySawp(T& a, T& b) {
T temp = a;
a = b;
b = temp;
}
void test01() {
int a = 10;
int b = 20;
//模板有两种使用方式
//1、自动类型推导数据类型
//MySawp(a, b);
//2、显式指定数据类型
MySawp(a, b);
cout 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
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
例子
#include
using namespace std;
template //typename可以替换为class
void MySawp(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';
//利用函数模板交换
//两种方式
//1、自动类型推导
MySawp(a, b);//对
//MySawp(a, c);//错，推导不出一致的T类型
cout
void func()//func写在template声明后面就已经是一个函数模板了
{//不管模板里面用没用T，都必须给T一个数据类型，func才可以被调用
cout (); //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();
system("pause");
return 0;
}
实例：排序函数封装
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
代码
#include
#include
using namespace std;
//交换的函数模板
template
void mySwap(T& a, T& b)
{
T temp = a;
a = b;
b = temp;
}
////1、先写一个选择排序的函数
//void sort(int num[],int len) {
//
// for (int i = 0; i num[max]) {
// max = j;
// }
// }
// //max不等于i，出现新的max值
// //更新最大值
// if (max != i) {
// mySwap(num[max], num[i]);
// }
//
// }
//}
template // 也可以替换成typename
//利用选择排序，进行对数组从大到小的排序
void mySort(T arr[], int len)
{
for (int i = 0; i
void bubleSort(T arr[], int len) {
T temp;
for (int i = 0; i arr[j + 1]) {
temp = arr[j];
arr[j] = arr[j + 1];
arr[j + 1] = temp;
}
}
}
}
//打印
template
void printArray(T arr[], int len) {
for (int i = 0; i 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
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
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。
语法
template
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
例子
#include
using namespace std;
#include
//给出类中成员属性的通用数据类型，可以直接给个默认值，后面就不用再写了
//Person为类模板，有NameType、AgeType两个通用数据类型
template
class Person
{
public:
Person(NameType name, AgeType age)
{
this->mName = name;
this->mAge = age;
}
void showPerson()
{
cout mName mAge P1("jk", 999);
P1.showPerson();
}
//类模板没有自动类型推导，必须指定数据类型
void test02()
{
// 指定NameType 为string类型，AgeType 为 int类型
Person P1("dk", 9);
P1.showPerson();
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
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
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
类模板对象做函数参数
类模板实例化出的对象，作为参数传向函数时，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
指定传入的类型
#include
using namespace std;
#include
#include
//类模板
template
class Person
{
public:
Person(NameType name, AgeType age)
{
this->mName = name;
this->mAge = age;
}
void showPerson()
{
cout mName mAge & p)
{
p.showPerson();
}
void test01()
{
Person p("jk", 100);
printPerson1(p);
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
参数模板化
#include
using namespace std;
#include
#include
//类模板
template
class Person
{
public:
Person(NameType name, AgeType age)
{
this->mName = name;
this->mAge = age;
}
void showPerson()
{
cout mName mAge
void printPerson2(Person& p)
{
p.showPerson();
cout p("nnd", 90);
printPerson2(p);
}
int main() {
test02();
system("pause");
return 0;
}
整个类模板化
#include
using namespace std;
#include
#include
//类模板
template
class Person
{
public:
Person(NameType name, AgeType age)
{
this->mName = name;
this->mAge = age;
}
void showPerson()
{
cout mName mAge
void printPerson3(T& p)
{
cout p("sb", 30);
printPerson3(p);
}
int main() {
test03();
system("pause");
return 0;
}
- 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
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
例子
#include
using namespace std;
#include
template
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
//简单来说，继承需要用到父类Base，Base是个类模板，那就必须指定Base中的通用数据类型
class Son :public Base{ //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 Son2 :public Base{
public:
Son2(){
cout child1;
}
int main() {
test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}
如果父类是类模板，子类需要指定出父类中T的数据类型
类模板分文件编写（以及类外实现）
单个文件的写法
例子，直接在单个文件中编写代码
#pragma once
#include
using namespace std;
#include
template
class Person {
public:
Person(T1 name, T2 age){
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}
void showPerson(){
cout m_Name m_Age p1("jk", 18);
p1.showPerson();
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
类模板类外实现成员函数
#pragma once
#include
using namespace std;
#include
template
class Person {
public:
Person(T1 name, T2 age);
void showPerson();
T1 m_Name;
T2 m_Age;
};
//类外实现
template
Person::Person(T1 name, T2 age){
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}
template
void Person::showPerson() {
cout m_Name m_Age p1("jk", 18);
p1.showPerson();
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
注意：加在类外实现的数据类型后面的初始化列表，里面不要再写class
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
分文件的写法
- 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
直接包含.cpp源文件
第一种解决方式是直接包含.cpp文件，这要直接include整个.cpp文件
错误写法
按照以前的分文件编写思路：
.h文件中要写函数、类的声明
.cpp文件通过include获取声明并实现对应函数
例如，
person.h
#pragma once
#include
using namespace std;
#include
//声明类模板
template
class Person {
public:
Person(T1 name, T2 age);
void showPerson();
T1 m_Name;
T2 m_Age;
};
person.cpp
#include "person.h"
//类外实现
template
Person::Person(T1 name, T2 age) {
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}
template
void Person::showPerson() {
cout m_Name m_Age 主函数
#pragma once
#include
using namespace std;
#include
//第一种解决方式：直接包含.cpp文件
#include "person.cpp"
void test01() {
Personp1("jk", 18);
p1.showPerson();
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
像上面这样分文件编写模板就会遇到问题（不涉及模板就是正确的），原因如下：
如果包含的是.h，那么编译器就只知道person.h中声明的成员函数，而没有person.cpp中的实现，肯定报错，链接不上
正确写法
既然导致错误的原因是编译器没有读到person.cpp中对应的函数实现，那直接让它读到不就完了
因此，一种简单粗暴的方法是：将函数的声明和实现都写在一块，然后在写有主函数的文件中通过include导入
实际上就是将单一文件编写的程序拆分了一下又合起来
person.cpp
#pragma once
#include
using namespace std;
#include
template
class Person {
public:
Person(T1 name, T2 age){
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}
void showPerson(){
cout m_Name m_Age 主函数
#pragma once
#include
using namespace std;
#include
//第一种解决方式：直接包含.cpp文件
#include "person.cpp"
void test01() {
Personp1("jk", 18);
p1.showPerson();
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
显然，这种写法不够优雅
使用.hpp作为类模板的存放文件
这时候有小可爱就想了，那我把声明和实现都写在.h里面不就优雅了吗？
什么你觉得还不够优雅？那把这样的.h文件改名叫.hpp，以后大家都这样写类模板，够优雅了吧？
（ps：脱裤子放屁）
于是便有了下面的写法，这也是涉及类模板时，常用的分文件编写方式
person.hpp
#include
template
class Person {
public:
Person(T1 name, T2 age);
void showPerson();
T1 m_Name;
T2 m_Age;
};
//类外实现
template
Person::Person(T1 name, T2 age) {
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}
template
void Person::showPerson() {
cout m_Name m_Age 主函数
通过include导入这些实现
#pragma once
#include
using namespace std;
#include
//第二种解决方式：将.h和.cpp中内容写到一起，后缀改为.hpp
#include "person.hpp"
void test01() {
Personp1("jk", 18);
p1.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
全局函数类内实现
#pragma once
#include
using namespace std;
#include
template
class Person {
//全局函数，类内实现
friend void printPerson(Person &p) {
cout m_Name = name;
this->m_Age = age;
}
private:
T1 m_Name;
T2 m_Age;
};
void test01() {
Personp1("jk", 18);
printPerson(p1);
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
全局函数类外实现
#pragma once
#include
using namespace std;
#include
//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，再做友元
template 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 void printPerson2(Person & p);
template
void printPerson2(Person& p)
{
cout
class Person {
//全局函数，类外实现
// friend void printPerson2(Person& p);//记得加“”
// 如果类外实现，需要让编译器提前知道该函数的存在
friend void printPerson2(Person& p);
public:
Person(T1 name,T2 age){
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}
private:
T1 m_Name;
T2 m_Age;
};
////还不能写在这里，必须写在开头让编译器先看见，要不然报错
//template
//void printPerson2(Person& p) {
// cout p2("dk", 16);
printPerson2(p2);
}
int main() {
test02();
system("pause");
return 0;
}
总结
这里又一次体现了C++作者对于套娃和"万能编译器"的喜爱
忘了傻逼的全局函数类外实现吧（仅限涉及模板时）
就老老实实用全局函数做类内实现就好
类模板案例：实现通用的数组类
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
实现模式
分文件写法：.hpp+.cpp主函数
那么主要的工作应该都在.hpp中完成，具体功能则在.cpp的主函数中测试
代码
myArray.hpp
先编写整体架构，提供有参构造函数和析构函数
有参构造函数和析构函数
//自定义通用数组类
#pragma once
#include
using namespace std;
#include
//定义类模板MyArry
template
class MyArry {
public:
//有参构造，传入容量
MyArry(int capacity) {
//cout m_Capacity = capacity;
this->m_Size = 0;
this->pAddress = new T[this->m_Capacity];
}
//涉及在堆中开辟空间，要写一下析构函数
//释放内存
~MyArry() {
//cout pAddress != NULL) {
delete[] this->pAddress;
this->pAddress = NULL;//防止野指针
}
}
private:
T* pAddress;//指针指向堆区开辟的真实数组
int m_Capacity;//数组容量
int m_Size;//数组大小
};
拷贝构造函数和重载运算符
接下来逐步添加功能，上述代码已经实现了：
- 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
接下来要实现：对内置数据类型以及自定义数据类型的数据进行存储
这里要考虑浅拷贝问题，因此可以与第四点（拷贝构造）一块实现
关于浅拷贝问题，可以看看这篇，后续我计划再用一篇博客讨论讨论
言归正传
//自定义通用数组类
#pragma once
#include
using namespace std;
#include
//定义类模板MyArry
template
class MyArry {
public:
//有参构造
MyArry(int capacity) {...}
//防止浅拷贝问题
//拷贝构造
MyArry(const MyArry& arr) {
//cout m_Capacity = arr.m_Capacity;
this->m_Size = arr.m_Size;
/*this->pAddress = arr.pAddress;*/
//按传进来的数组大小重新在堆区开辟空间
//深拷贝
this->pAddress = new T[arr.m_Capacity];
//将arr中的数据都拷贝过来
for (int i = 0; i m_Size; i++) {
this->pAddress[i] = arr.pAddress[i];
}
}
//重载赋值运算符，防止出现浅拷贝问题
//防止写连等号时（类似这种arr[10] = arr[3]）报错，所以返回类型是MyArry&，要对MyArry对象进行操作
MyArry& operator=(const MyArry& arr) {
//cout pAddress != NULL) {
delete[] this->pAddress;
this->pAddress = NULL;
this->m_Size = 0;
}
//深拷贝
//按传进来的数组的属性初始化新的数组
this->m_Capacity = arr.m_Capacity;
this->m_Size = arr.m_Size;
this->pAddress = new T[arr.m_Capacity];
//将arr中的数据都拷贝过来
for (int i = 0; i m_Size; i++) {
this->pAddress[i] = arr.pAddress[i];
}
return *this;//返回自身
}
//释放内存
~MyArry() {...}
private:
T* pAddress;//指针指向堆区开辟的真实数组
int m_Capacity;//数组容量
int m_Size;//数组大小
};
尾插法和尾删法CRUD
没什么好说的
//自定义通用数组类
#pragma once
#include
using namespace std;
#include
//定义类模板MyArry
template
class MyArry {
public:
//有参构造
MyArry(int capacity) {...}
//拷贝构造
MyArry(const MyArry& arr) {...}
//重载赋值运算符，防止出现浅拷贝问题
MyArry& operator=(const MyArry& arr) {...}
//尾插法
//输入是T类型数据，且为了防止被修改，要const修饰
void Push_Back(const T& val) {
//判断容量是否等于大小
if (this->m_Capacity == this->m_Size) {
cout m_Size
this->pAddress[this->m_Size] = val;
this->m_Size++;//更新数组大小
}
//尾删法
void Pop_Back() {
//让用户访问不到最后一个元素即可，逻辑删除
//判断当前数组是否还有数据
if (this->m_Size == 0) {
cout m_Size--;//屏蔽调对最后一个数的访问
}
//释放内存
~MyArry() {...}
private:
T* pAddress;//指针指向堆区开辟的真实数组
int m_Capacity;//数组容量
int m_Size;//数组大小
};
下标访问数组中元素
以及剩下的功能
//自定义通用数组类
#pragma once
#include
using namespace std;
#include
//定义类模板MyArry
template
class MyArry {
public:
//有参构造
MyArry(int capacity) {...}
//拷贝构造
MyArry(const MyArry& arr) {...}
//重载赋值运算符，防止出现浅拷贝问题
MyArry& operator=(const MyArry& arr) {...}
//尾插法
//输入是T类型数据，且为了防止被修改，要const修饰
void Push_Back(const T& val) {...}
//尾删法
void Pop_Back() {...}
//通过下标的方式访问数组中的元素
//如果调用完之后还想作为左值存在，即arr[0] = 100
//返回类型应该是T的引用，返回数的本身
T& operator[](int index) {
//返回数组中index出的元素
return this->pAddress[index];
}
//获取数组容量
int getCapacity()
{
return this->m_Capacity;
}
//获取数组大小
int getSize()
{
return this->m_Size;
}
//释放内存
~MyArry() {...}
private:
T* pAddress;//指针指向堆区开辟的真实数组
int m_Capacity;//数组容量
int m_Size;//数组大小
};
完整代码
//自定义通用数组类
#pragma once
#include
using namespace std;
#include
template
class MyArry {
public:
//有参构造
MyArry(int capacity) {
//cout m_Capacity = capacity;
this->m_Size = 0;
this->pAddress = new T[this->m_Capacity];
}
//防止浅拷贝问题
//拷贝构造
MyArry(const MyArry& arr) {
//cout m_Capacity = arr.m_Capacity;
this->m_Size = arr.m_Size;
/*this->pAddress = arr.pAddress;*/
//按传进来的数组大小重新在堆区开辟空间
//深拷贝
this->pAddress = new T[arr.m_Capacity];
//将arr中的数据都拷贝过来
for (int i = 0; i m_Size; i++) {
this->pAddress[i] = arr.pAddress[i];
}
}
//重载赋值运算符，防止出现浅拷贝问题
MyArry& operator=(const MyArry& arr) {//防止写连等号时报错，所以返回类型是MyArry&
//cout pAddress != NULL) {
delete[] this->pAddress;
this->pAddress = NULL;
this->m_Size = 0;
}
//深拷贝
//按传进来的数组的属性初始化新的数组
this->m_Capacity = arr.m_Capacity;
this->m_Size = arr.m_Size;
this->pAddress = new T[arr.m_Capacity];
//将arr中的数据都拷贝过来
for (int i = 0; i m_Size; i++) {
this->pAddress[i] = arr.pAddress[i];
}
return *this;//返回自身
}
//尾插法
//输入是T类型数据，且为了防止被修改，要const修饰
void Push_Back(const T& val) {
//判断容量是否等于大小
if (this->m_Capacity == this->m_Size) {
cout m_Size
this->pAddress[this->m_Size] = val;
this->m_Size++;//更新数组大小
}
//尾删法
void Pop_Back() {
//让用户访问不到最后一个元素即可，逻辑删除
//判断当前数组是否还有数据
if (this->m_Size == 0) {
cout m_Size--;//屏蔽调对最后一个数的访问
}
//通过下标的方式访问数组中的元素
//如果调用完之后还想作为左值存在，即arr[0] = 100
//返回类型应该是T的引用，返回数的本身
T& operator[](int index) {
//返回数组中index出的元素
return this->pAddress[index];
}
//获取数组容量
int getCapacity()
{
return this->m_Capacity;
}
//获取数组大小
int getSize()
{
return this->m_Size;
}
//涉及在堆中开辟空间，要写一下析构函数
//释放内存
~MyArry() {
//cout pAddress != NULL) {
delete[] this->pAddress;
this->pAddress = NULL;//防止野指针
}
}
private:
T* pAddress;//指针指向堆区开辟的真实数组
int m_Capacity;//数组容量
int m_Size;//数组大小
};
类模板-通用数组类.cpp
在该类中进行调用测试（自定义类的就不测了，懒）
#include
using namespace std;
#include
#include "MyArray.hpp"
void printIntArray(MyArry& arr){
for (int i = 0; i arr1(5);
/*MyArry arr2(arr1);
MyArry arr3(15);*/
//arr3 = arr1;
for (int i = 0; i arr2(arr1);
arr2.Pop_Back();
cout 文章来源于互联网：【C++ 泛型编程01：模板】函数模板与类模板
THE END
二维码