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C++之泛型编程

2023-10-27

目录

模板

模板的特点

函数模板

前言

函数模板的使用方式

函数模板具体案例

使用模板的注意事项

普通函数与函数模板间的区别

具体案例

普通函数与函数模板调用规则

模板的局限性

具体化模板

类模板

前言

类模板与函数模板的区别

类模板中成员函数创建时机

类模板对象做函数的参数

传入方式

具体案例

类模板与继承

前言

子类指定具体类型案例

子类不指定具体类型案例

类模板成员函数的类外实现

类模板分文件编写

1.直接包含源文件

2.将.h和.cpp文件中的内容写到一起，后将后缀名改为.hpp文件

类模板与友元

模板

前言：

  • C++中相对于面向对象的另一种编程思想就是泛型编程，主要利用的技术就是模板
  • C++提供了两种模板机制（函数模板和类模板）

概念：模板就是建立通用的模具，大大提高复用性

模板的特点

  • 模板不可以直接使用，它只是一个框架
  • 模板通用性很强，但是并不是万能的

使用模板的目的：提高复用性，将类型参数化 

函数模板

前言

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：

//声明一个模板，告诉编译器后面代码中紧跟着的T不要报错，T是一个通用的数据类型
template<typename T>
函数声明或函数定义

解释：

  • template：声明创建模板
  • typename：表明其后面的符号为一种数据类型（该关键字也可以用class代替）
  • T：通用的数据类型；名称可以替换，通常为大写字母。

函数模板的使用方式

  • 自动类型推导：向交换模板函数中传递的参数的类型会被自动解析
  • 显示指定类型：指定模板的具体数据类型

函数模板具体案例

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
using namespace std;
//函数模板
template <typename T>
//通用交换函数模板
void mySwap(T& a, T& b) {
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}
void main() {
	int a = 10;
	int b = 20.0;
	//自动类型推导（a和b的数据类型会被自动解析）
	mySwap(a, b);
	cout << "a:" << a << "\tb:" << b << endl;
	//显式指定类型（<int>为模板参数）
	mySwap<int>(a,b);
	cout << "a:" << a << "\tb:" << b << endl;
}

使用模板的注意事项

  • 在函数中，若多个参数使用模板，那么自动类型推导必须推导出一致的数据类型才可以使用
  • 模板必须确定出T的数据类型才可以使用

普通函数与函数模板间的区别

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，若利用自动类型推导，则不会发生隐式类型转换，但若利用显式指定类型的方式则可以发生隐式类型转换

具体案例

#include <iostream>
using namespace std;
template <typename T>
T myAdd(T a, T b) {
	return a + b;
}
void main() {
	int a = 10;
	char c = 'c';
	//自动类型推导
	//cout << myAdd(a, c) << endl;//报错，参数类型的指定必须一致，不能自动类型转换
	//隐式指定类型
	cout << myAdd<int>(a, c) << endl;
	//明确说明T的类型为int，传入的参数是int类型直接传，不是int类型则使用隐式类型转换转为int类型
}

普通函数与函数模板调用规则

1.若函数模板与普通函数都可以调用，则优先调用普通函数

void myPrint(int a, int b) {
	cout << "调用普通函数" << endl;
}
template <typename T>
void myPrint(T a, T b) {
	cout << "调用函数模板" << endl;
}
void main() {
	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的方式来强制调用函数模板

//只写了函数声明，没写函数实现
void myPrint(int a, int b);
template <typename T>
void myPrint(T a, T b) {
	cout << "调用函数模板" << endl;
}
void main() {
	int a = 10;
	int b = 20;
	//通过空模板的参数列表强制调用函数模板
	myPrint<>(a, b);
}

3.模板也可以实现函数重载

template <typename T>
void myPrint(T a, T b) {
	cout << "调用函数模板1" << endl;
}
//重载函数模板
template <typename T>
void myPrint(T a, T b, T c) {
	cout << "调用函数模板2" << endl;
}
void main() {
	int a = 10;
	int b = 20;
	int c = 30;
	//调用函数模板1
	myPrint(a, b);
	//调用函数模板2
	myPrint(a, b, c);
}

4.如果函数模板可以产生更好的匹配，则优先使用函数模板

void myPrint(int a, int b) {
	cout << "调用普通函数" << endl;
}
template <typename T>
void myPrint(T a, T b) {
	cout << "调用函数模板" << endl;
}
void main() {
	char a = 'a';
	char b = 'b';
	//调用函数模板
	myPrint(a, b);
}

注意：若提供了函数模板，那么最好就不要提供普通函数，否则容易出现二义性

模板的局限性

template <class T>
void func(T a, T b) {
	a = b;
}

注意：模板并不是万能的，该模板函数有一个局限性，若传入的a和b是一个数组，那么就无法实现了

具体化模板

class Person {
public:
	Person(string name, int age) {
		this->m_Name = name;
		this->m_Age = age;
	}
	string m_Name;
	int m_Age;
};
template <class T>
bool myCompare(T& a, T& b) {
	if (a == b) {
		return true;
	}
	else {
		return false;
	}
}
//利用具体化(template<>)的Person版本来实现代码，具体化优先调用
template<> bool myCompare(Person & a, Person & b) {
	if (a.m_Age == b.m_Age && a.m_Name == b.m_Name) {
		return true;
	}
	else {
		return false;
	}
}
void main() {
	Person p1("Tom", 10);
	Person p2("Tom", 10);
	bool ret = myCompare(p1, p2);
	if (ret) {
		cout << "p1==p2" << endl;
	}
	else {
		cout << "p1!=p2" << endl;
	}
}

解释：模板的类型若为Person类型，那么自动调用具体化了的方法 

类模板

前言

作用：建立一个通用的类，类中的成员，数据类型可以不具体指定，用一个虚拟的类型来代表

语法： 

template<typename T>
类

解释：

  • template：声明创建模板
  • typename：表明其后面带符号的是一种数据类型（也可以用class替换）
  • T：通用的数据类型，名称可以替换，通常为大写字母

类模板与函数模板的区别

1.类模板没有自动类型推导的使用方式

template<class NameType,class AgeType>
class Person {
public:
	Person(NameType name, AgeType age) {
		this->m_Name = name;
		this->m_Age = age;
	}
	NameType m_Name;
	AgeType m_Age;
};
void main() {
	//类模板的使用（显式指定类型）
	Person<string, int> p("叶秋", 25);
	cout << "p的name：" << p.m_Name << endl << "p的age：" << p.m_Age << endl;
}

2.类模板在模板参数列表中可以有默认参数

//int为类模板的默认参数
template<class NameType,class AgeType=int>
class Person {
public:
	Person(NameType name, AgeType age) {
		this->m_Name = name;
		this->m_Age = age;
	}
	NameType m_Name;
	AgeType m_Age;
};
void main() {
	//类模板默认参数的使用
	Person<string> p("叶秋", 25);
	cout << "p的name：" << p.m_Name << endl << "p的age：" << p.m_Age << endl;
}

类模板中成员函数创建时机

  • 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可以创建

类模板对象做函数的参数

传入方式

  • 指定传入类型——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

具体案例

template<class NameType,class AgeType>
class Person {
public:
	Person(NameType name, AgeType age) {
		this->m_Name = name;
		this->m_Age = age;
	}
	void showPerson() {
		cout << "姓名：" << this->m_Name << "\t年龄：" << this->m_Age << endl;
	}
	NameType m_Name;
	AgeType m_Age;
};
//指定传入类型
void printPerson1(Person<string,int> &p) {
	p.showPerson();
}
//参数模板化
template<class T1 ,class T2>
void printPerson2(Person<T1,T2> &p) {
	p.showPerson();
}
//整个类模板化
template<class P>
void printPerson3(P &p) {
	p.showPerson();
}
void main() {
	Person<string, int> p("孙悟空", 100);
	printPerson1(p);
	printPerson2(p);
	printPerson3(p);
}

类模板与继承

前言

  • 当子类继承的父类是一个类模板时，子类在声明的时候需要指定父类的类型
  • 若不指定具体的类型，那么编译器无法给予子类分配内存
  • 若想灵活指定父类中T的类型，子类也需要变成类模板

子类指定具体类型案例

template<class T>
class Base {
	T m;
};
class Son:public Base<int> {};

子类不指定具体类型案例

template<class T>
class Base {
	T m;
};
template<class T>
class Son:public Base<T> {};

类模板成员函数的类外实现

template<class NameType,class AgeType>
class Person {
public:
	Person(NameType name, AgeType age);
	void showPerson();
	NameType m_Name;
	AgeType m_Age;
};
//构造函数的类外实现
template<class NameType, class AgeType>
Person<NameType,AgeType>::Person(NameType name,AgeType age){
	this->m_Name = name;
	this->m_Age = age;
}
//成员函数的类外实现
template<class NameType, class AgeType>
void Person<NameType, AgeType>::showPerson() {
	cout << "姓名：" << this->m_Name << "\t年龄：" << this->m_Age << endl;
}

注意：类模板中的成员函数类外实现时需要加上模板的参数列表

类模板分文件编写

1.直接包含源文件

person.h文件内

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

person.cpp文件内

#include "person.h"
//构造函数的类外实现
template<class NameType, class AgeType>
Person<NameType, AgeType>::Person(NameType name, AgeType age) {
	this->m_Name = name;
	this->m_Age = age;
}
//成员函数的类外实现
template<class NameType, class AgeType>
void Person<NameType, AgeType>::showPerson() {
	cout << "姓名：" << this->m_Name << "\t年龄：" << this->m_Age << endl;
}

执行文件内

//这里必须包含.cpp文件方可
#include "person.cpp"
void main() {
	Person<string, int> p("lili", 18);
	p.showPerson();
}

执行文件不可以包含.h文件必须包含.cpp问件原因：类模板中的成员函数在调用时才可以创建

2.将.h和.cpp文件中的内容写到一起，后将后缀名改为.hpp文件

person.hpp文件内

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

//构造函数的类外实现
template<class NameType, class AgeType>
Person<NameType, AgeType>::Person(NameType name, AgeType age) {
	this->m_Name = name;
	this->m_Age = age;
}
//成员函数的类外实现
template<class NameType, class AgeType>
void Person<NameType, AgeType>::showPerson() {
	cout << "姓名：" << this->m_Name << "\t年龄：" << this->m_Age << endl;
}

执行文件内

//这里必须包含.hpp文件
#include "person.hpp"
void main() {
	Person<string, int> p("lili", 18);
	p.showPerson();
}

类模板与友元

1.全局函数类内实现，直接在类内声明友元即可

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 << "\t年龄：" << p.m_Age << endl;
	}
public:
	Person(T1 name, T2 age) {
		this->m_Name = name;
		this->m_Age = age;
	}
private:
	T1 m_Name;
	T2 m_Age;
};
void main() {
	Person<string, int> p("lili", 18);
	printPerson(p);
}

2.全局函数类外实现，需要让编译器知道该全局函数的存在

//编译器需要先知道printPerson函数的存在以及Person类的存在
template< class T1, class T2 >
class Person;
template<class T1, class T2>
void printPerson(Person< T1, T2 > p) {
	cout << "姓名：" << p.m_Name << "\t年龄：" << p.m_Age << endl;
}
template<class T1,class T2>
class Person {
	//全局函数类外实现
	//加空模板参数列表证明他是个模板函数
	//若全局函数是类外实现，需要让编译器提前知道这个函数的存在
	friend void printPerson<>(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;
};
void main() {
	Person<string, int> p("lili", 18);
	printPerson(p);
}

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