c++---模板篇

1、模板

概念:模板就是建立通用的模具,大大提高复用性

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

1.1、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:函数模板类模板

1.1.1、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制定,用一个虚拟的类型代表

语法

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:

//函数模板
//声明一个模板,告诉编译器后面代码中紧跟着的T不要犯错,T是一个通用数据类0
template<typename T>
//交换俩个数
void mySwap(T& a, T& b) {T temp = a;a = b;b = temp;
}void test() {//利用模板函数交换//1、自动类型推导int a = 10;int b = 20;mySwap(a, b);cout << "a:" << a << endl;cout << "b:" << b << endl;//2、显示指定类型double c = 20;double d = 40;mySwap<double>(c, d);cout << "c:" << c << endl;cout << "d:" << d << endl;
}

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总结:

  • 函数模板利用关键字 template

  • 使用函数模板有俩种方式: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

1.1.2、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:

//自动类型推导,必须推导出一致的数据类型T,才可以使用
template<typename T>
//交换俩个数
void mySwap(T& a, T& b) {T temp = a;a = b;b = temp;
}int a = 10;char c = 'c';mySwap(a, c);//报错

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//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() {//func();//报错func<int>();
}

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1.1.3、函数模版案例 – 数组排序

描述:

  • 利用函数模版封装一个排序的函数,可以对不同数据类型数组进行排序
  • 排序规则小到大
  • 测试:char数组和int数组进行测试
//选择排序
template<class T>
void chooseSort(T arr[],int lenth) {for (T i = lenth-1; i >=0; i--){//最大值的下标T max = 0;for (T j = 0; j <=i; j++){if (arr[j]>arr[max]){max = j;}}T temp = arr[i];arr[i] = arr[max];arr[max] = temp;}
}//打印数组
template<class T>
void printArray(T arr[], int lenth) {for (T i = 0; i < lenth; i++){cout << arr[i]<<"  ";}
}
void test01() {//int arry[] = { 5,2,6,7,1,3 };//int len = sizeof(arry) / sizeof(arry[0]);//cout << len << endl;//chooseSort(arry, len);//printArray(arry, len);char charArry[] = "dcbae";int len = sizeof(charArry) / sizeof(charArry[0]);cout << len << endl;chooseSort(charArry, len);printArray(charArry, len);
}

1.1.4、普通函数和函数模板区别

  • 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,不会发生隐式转换
  • 如果利用显示指定类型的方式,可以发生隐式转换

建议使用显示指定类型的方式,调用函数模版,因为可以自己确定通用类型T

  1. //普通函数调用时可以发生自动类型转换(隐式转换)
    int myAdd(int a, int b) {return a + b;
    }void test01() {int a = 10;char c = 'c';//这里会发生自动类型推导将char转换成intint b = myAdd(a, c);cout << "B:" << b << endl;}
    

    image-20231002174109662

  2. //函数模板调用时,如果利用自动类型推导,不会发生隐式转换
    template<class T>
    T myAdd2(T a, T b) {return a + b;
    }//利用模版不会发生自动类型推导
    int d = myAdd2(a, c);

    image-20231002174335575

  3. //正确 如果利用显示指定类型的方式,可以发生隐式转换
    int d = myAdd2<int>(a, c);
    

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1.1.5、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,优先调用普通模板

  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

  5. //如果函数模板和普通函数都可以实现,优先调用普通模板
    //普通函数
    void myPrint(int a, int b) {cout << "调用的普通函数" << endl;
    }//函数模板
    template<class T>
    void myPrint(T a, T b) {cout << "调用的模板函数" << endl;
    }void test01() {	int a = 10;int b = 20;myPrint(a, b);
    }
    

    image-20231002180201548

  6. //可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板
    myPrint<>(a, b);
    

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  1. //函数模板也可以发生重载
    template<class T>
    void myPrint(T a, T b) {cout << "调用的模板函数" << endl;
    }template<class T>
    void myPrint(T a, T b,T c) {cout << "调用的重载模板函数" << endl;
    }myPrint(a, b, 100);
    

    image-20231002180603990

  2. //如果函数模板可以产生更好的匹配,优先调用函数模板
    void myPrint(int a, int b) {cout << "调用的普通函数" << endl;
    }//函数模板
    template<class T>
    void myPrint(T a, T b) {cout << "调用的模板函数" << endl;
    }char a = 'a';
    char b = 'b';
    myPrint(a, b);
    

    这里是由于模板不需要推导直接命为char类型进行运算,所以不走上面的普通函数,普通函数需要将char转换成Int多走一步,所以优先选模板函数

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如果提供了函数模板,那么最好不要再提供普通函数,否则容易出现二义性

1.1.6、模板的局限性

局限性:

如果T的数据类型传入的是我们自定义的数据类型,那么我们的代码也无法运行。

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因此为了解决这个问题C++提供了模板的重载,可以为这些特定的类型提供具体化的模板

template<class T>
void func(T &a, T &b) {if (a>b){cout << "A大" << endl;}else {cout << "B大" << endl;}
}//特定的重载
template<> void func(Person &p1, Person &p2) {if (p1.a > p2.a){cout << "A大" << endl;}else {cout << "B大" << endl;}
}

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1.2、类模板

1.2.1、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制定,用一个虚拟的类型来代表

语法:

template<typename T>
类

示例:

template<class NameType, class Agetype>
class Person {
public:Person(NameType name, Agetype age) {this->m_name = name;this->m_age = age;	 }void showPerson() {cout << "name:" << this->m_name << "age:" << this->m_age << endl;}NameType m_name;Agetype m_age;
};void test01() {//赋值Person<string, int> p1("孙悟空", 999);p1.showPerson();
}

1.2.2、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:

  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

示例:

	//1.类模板没有自动类型推导的使用方式Person p("zyy", 1000);

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	//2、类模板在模板参数列表中可以有默认参数template<class NameType, class Agetype = int>class Person {public:Person(NameType name, Agetype age) {this->m_name = name;this->m_age = age;	 }void showPerson() {cout << "name:" << this->m_name << "age:" << this->m_age << endl;}NameType m_name;Agetype m_age;};Person<string> p2("猪八戒", 99);

1.2.3、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:

  • 普通类中的成员函数一开始就可以创建
  • 类模板中的成员函数在调用时才创建
//类模板中成员函数创建时机
class Person1 {
public:void showPerson1() {cout << "Person1" << endl;}
};class Person2 {
public:void showPerson2() {cout << "Person2" << endl;}
};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();}
};void test01() {myClass<Person1>m;m.func1();//编译出错,说明函数调用才会去创建成员函数;//m.func2();}

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1.2.4、类模板对象做函数参数

类模板实例化出的对象,向函数传参的方式

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(常用)
  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

示例:

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;template<class T1, class T2>
class Person {
public:Person(T1 name, T2 age) {this->m_name = name;this->m_age = age;}void showPerson() {cout << "name:" << this->m_name << "age:" << this->m_age << endl;}T1 m_name;T2 m_age;
};//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();
//};
//
//void test02() {
//	Person<string, int> p("猪八戒", 200);
//	printPerson2(p);
//}//3.整个类模板化
template<class T>
void printPerson3(T& p) {p.showPerson();
}void test03() {Person<string, int> p("唐僧", 20);printPerson3(p);
}

查看自动推断的数据类型到底是什么

	cout << "T的数据类型为:" << typeid(T).name() << endl;

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1.2.5、类模板与继承

当类模板碰到继承时,需要注意以下几点:

  • 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 {
public:T m_age;
};//1.错误1 不能直接继承,需要指定数据类型
//class Son : public Base {
//
//};class Son : public Base<int> {
public:Son() {cout << "T的数据类型:" << typeid(m_age).name() << endl;}
};//如果需要灵活指定子类数据类型 需要将子类也变成一个模板
template<class T1,class T2>
class Son2 : public Base<T2>
{
public:Son2() {cout << "Son2 T1 类型:" << typeid(T1).name() << endl;cout << "Base T2 类型:" << typeid(T2).name() << endl;}
public:T1 obj;
};void test01() {Son s1;Son2<char,int> s2;
}

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1.2.6、类模板成员函数类外实现

函数需要加上template模板声明

示例:

//类模板成员函数类外实现
template<class T1, class T2>
class Person {
public:Person(T1 name, T2 age);void showPerson();T1 m_Name;T2 m_Age;
};//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;	
}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> p1("zyy",18);p1.showPerson();
}

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1.2.7、 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:

  • 方法一:直接包含 .cpp 源文件
  • 方法二: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(推荐)

示例:

Person.cpp

#include "Person.h"
#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
template<class T1,class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name,T2 age) {	this->m_Name = name;this->m_Age = age;	
}template<class T1, class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson() {cout << "姓名:" << this->m_Name << "年龄:" << this->m_Age << endl;
}

Person.h

#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
template<class T1, class T2>
class Person {
public:Person(T1 name, T2 age);void showPerson();T1 m_Name;T2 m_Age;
};

主文件

#include<iostream>
#include "Person.h"
using namespace std;
// 类模板分文件编写void test01() {Person<string, int> p1("zyy",18);p1.showPerson();
}
int main() {test01();system("pause");return 0;
}

​ 这里如果直接执行的话就会报错,因为在一开始.h类模板中的成员函数是不会创建的,导致编译器编译失败。

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​ 想使用的话需要在主文件中直接引用 .cpp 源码,但是不推荐这种方法

#include "Person.cpp"

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方法二:

​ 将源码和头文件合并,合并到同一个文件,并取后缀为.hpp文件

Person.hpp

#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
template<class T1, class T2>
class Person {
public:Person(T1 name, T2 age);void showPerson();T1 m_Name;T2 m_Age;
};template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age) {this->m_Name = name;this->m_Age = age;
}template<class T1, class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson() {cout << "姓名:" << this->m_Name << "年龄:" << this->m_Age << endl;
}

主文件

#include<iostream>
#include "Person.hpp"
using namespace std;
// 类模板分文件编写void test01() {Person<string, int> p1("zyy",18);p1.showPerson();
}
int main() {test01();system("pause");return 0;
}

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1.2.8、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(推荐)

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

示例:

//提前知道Person存在
template<class T1, class T2>
class Person;//类外实现
template<class T1, class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2>& p) {cout << "姓名:" << p.m_Name << "年龄:" << p.m_Age << endl;
}template<class T1,class T2>
class Person {//全局函数类内实现friend void printPerson(Person<T1, T2> &p) {cout << "姓名:" << p.m_Name << "年龄:" << p.m_Age << endl;}//类外实现//加空模版参数列表,如果类外实现,需要让编译器提前知道函数存在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;
};//全局函数在类内实现
void test01() {Person<string, int> p1("zyy", 18);printPerson(p1);Person<string, int> p2("jerry", 20);printPerson2(p2);
}

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