本笔记主要来源于教程https://www.bilibili.com/video/av41559729?p=1
C++提高编程
- 本阶段主要针对C++泛型编程和STL技术做详细讲解，探讨C++更深层次的使用
1 模板
1.1 模板的概念
模板就是建立项目通用的模具，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
- 模板的通用并不是万能的
1.2 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：函数模板和类模板
1.2.1 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，用一个虚拟的类型来代表。
语法：
template
函数声明或定义
解释：
template—声明创建模板
typename—表明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
//函数模板
//交换两个整型的函数
void swapInt(int &a, int &b)
{
int temp = a;
a = b;
b = temp;
}
//交换两个浮点型函数
void swapDouble(double &a, double &b)
{
double temp = a;
a = b;
b = temp;
}
//函数模板
template< typename T>//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是一个通用数据类型
void mySwap(T &a, T &b)
{
T temp = a;
a = b;
b = temp;
}
void test01()
{
int a = 10;
int b = 20;
//swapInt(a, b);
//利用函数模板来交换
//两种方式使用函数模板
//1.自动类型推导
//mySwap(a, b);
//2.显示指定类型
mySwap(a, b);
cout << "a= " << a << endl;
cout << "b= " << b << endl;
double c = 1.1;
double d = 2.2;
swapDouble(c, d);
cout << "c= " << c << endl;
cout << "d= " << d << endl;
}
int main()
{
test01();
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
1.2.2 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：
//函数模板注意事项
template< class T>
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);
mySwap(a, c);//会报错 推导不出一致的T类型
cout << "a= " << a << endl;
cout << "b= " << b << endl;
}
//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()
{
func();//会报错
func< int>();
}
int main()
{
test01();
test02();
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
1.2.3 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数组和int数组进行测试
//实现通用的对数组进行排序的函数
//规则 从大到小
//算法 选择排序
//测试char 数组，int 数组
//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;//认定最大值的下标
for (int j = i + 1; j < len; j++)
{
//认定的最大值比遍历出的数值 要小，说明j下标的元素才是真正的最大值
if (arr[max] < arr[j])
{
max = j;//更新最大值下标
}
}
if (max != i)
{
//交换max和i下标的元素
mySwap(arr[max], arr[i]);
}
}
}
//打印数组的模板
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[] = "badcfe";
int num = sizeof(charArr) / sizeof(char);
mySort(charArr, num);
printArray(charArr, num);
}
void test02()
{
//测试int数组
int intArr[] = { 1,5,8,7,6,8,98,45,654 };
int num = sizeof(intArr) / sizeof(int);
mySort(intArr, num);
printArray(intArr, num);
}
int main()
{
test01();
test02();
return 0;
}
1.2.4 普通函数与函数模板的区别
普通函数与函数模板的区别
- 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
//普通函数与函数模板区别
//1.普通函数可以发生隐式类型转换
//2.函数模板，用自动类型推导，不可以发生隐式类型转换
//3.函数模板，用显式指定类型，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;
}
void test01()
{
int a = 10;
int b = 20;
char c = 'c';//a-97,c-99
cout << myAdd01(a, c) << endl;
//调用模板
//自动类型推导 不会发生隐式类型转换
//cout << myAdd02(a, c) << endl;//报错，编译器不知道转换成字符型还是整型
//显示指定类型 会发生隐式类型转换
cout<总结： 建议使用显式指定类型的方式，调用函数模板，因为可以自己确定通用类型T
1.2.5 普通函数与函数模板的调用规则
调用规则如下：
- 如果函数模板和普通函数都可以实现，优先调用普通函数
- 可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板
- 函数模板也可以发生重载
- 如果函数模板可以产生更好的匹配，优先调用函数模板。
//普通函数与函数模板调用规则
//1.如果函数模板和普通函数都可以调用，优先调用普通函数
//2.可以通过空模板的参数列表的方式来强制调用函数模板
//3.函数模板也可以发生函数重载
//4.如果函数模板可以产生更好的匹配，优先调用函数模板
void myPrint(int a, int b)
{
cout << "调用的是普通函数" << endl;
}
template< class T>
void myPrint (T a,T b)
{
cout << "调用的是函数模板" << endl;
}
template< class T>
void myPrint(T a, T b,T c)
{
cout << "调用的是重载的函数模板" << endl;
}
void test01()
{
int a = 10;
int b = 20;
myPrint(a, b);//调用普通函数
//通过空模板参数列表强制调用函数模板
myPrint< >(a, b);//调用函数模板
myPrint(a, b, 100);//调用重载的函数模板
//模板产生更好的匹配，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();
return 0;
}
总结：既然提供了函数模板，最好就不要提供普通函数，否则容易出现二义性
1.2.6 模板的局限性
局限性：
- 模板的通用性并不是万能的
例如：
template
void f(T a, T b)
{
a = b;
}
在上述代码中提供的赋值操作，如果传入的a和b是一个数组，就无法实现了。
再例如：
template
void f(T a, T b)
{
if (a > b) {.......}
}
在上述代码中，如果T的数据类型传入的是像Person这样的自定义数据类型，也无法正常运行
因此C++为了解决这种问题，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
示例：
//模板的局限性
//模板并不是万能的，有些特定的数据类型，需要用具体化方式做特殊实现
class Person
{
public:
Person(string name, int age)
{
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}
//姓名
string m_Name;
//年龄
int m_Age;
};
//对比两个数是否相等
template< class T>
bool myCompare(T&a, T&b)
{
if (a == b)
return true;
else
return false;
}
//利用具体化Person的版本实现代码，具体化优先调用
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, b = 20;
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);
bool ret = myCompare(p1, p2);
if (ret)
{
cout << "p1==p2" << endl;
}
else
{
cout << "p1!=p2" << endl;
}
}
int main()
{
test01();
test02();
return 0;
}
总结：
- 利用具体化的模板，可以结局自定义类型的通用化
- 学习模板并不是为了写模板，而是在STL能够运用系统提供的模板
1.3 类模板
1.3.1 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
类
解释：
template—声明创建模板
typename—表明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
//类模板
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 << endl;
cout << "age= " << this->m_Age << endl;
}
NameType m_Name;
AgeType m_Age;
};
void test01()
{
Person< string, int>p1("孙悟空", 9999);
p1.showPerson();
}
int main()
{
test01();
return 0;
}
总结：类模板和函数模板语法类似，在声明模板template后面加类，此类称为类模板。
1.3.2 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：
- 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
//类模板与函数模板区别
template< class NameType,class AgeType = int>
class Person
{
public:
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;
}
NameType m_Name;
AgeType m_Age;
};
//1、类模板没有自动类型推导的使用方式
void test01()
{
//Person p("孙悟空", 1000); 错误，无法用自动类型推导
Person< string,int>p("孙悟空", 1000);//正确，只能用显示指定类型
p.showPerson();
}
//2、类模板在参数列表中可以有默认参数(只有类模板可以，函数模板不可以使用)
void test02()
{
Person< string>p("猪八戒", 999);
p.showPerson();
}
int main()
{
test01();
test02();
return 0;
}
总结：
- 类模板使用只能用显示指定类型方式
- 类模板中的模板参数列表可以有默认参数
1.3.3 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
//类模板中成员函数调用时才去创建
class Person1
{
public:
void showPerson1()
{
cout << "Person1 show" << endl;
}
};
class Person2
{
public:
void showPerson2()
{
cout << "Person2 show" << 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();
//m.func2();
}
int main()
{
test01();
return 0;
}
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。
1.3.4 类模板对象做函数参数
学习目标：
- 类模板实例化出的对象，向函数传参的方式
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
//类模板对象做函数参数
template< class T1,class T2>
class Person
{
public:
Person(T1 name, T2 age)
{
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}
void showPerson()
{
cout << "姓名： " << this->m_Name << " 年龄： " << this->m_Age << endl;
}
T1 m_Name;
T2 m_Age;
};
//1、指定传入类型 实际开发中最常用
void printPerson(Person总结：
- 通过类模板创建的对象，可以用三种方式向函数中传参
- 使用比较广泛的是第一种，指定传入的类型
1.3.5 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T的类型，子类也需变为类模板
//类模板与继承
template< class T>
class Base
{
T m;
};
//class Son :public Base//错误 必须要知道父类中T的数据类型,才能继承给子类
class Son :public Base< int>
{
};
void test01()
{
Son s1;
}
//如果想灵活指定父类中T类型，子类也需要变为类模板
template总结：如果父类是类模板，子类需要指定出父类T的数据类型。
1.3.6 类模板成员函数类外实现
学习目标：能够掌握类模板成员函数类外实现
示例：
//类模板成员函数类外实现
template总结：类模板中成员函数类外实现时，需要加上模板参数列表。
1.3.7 类模板分文件编写
学习目标：
- 掌握类模板成员函数分文件编写产生的问题及解决方式
问题： - 类模板中成员函数创建实际是在调用阶段，导致分文件编写时链接不到
解决： - 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，并改后缀名为.hpp，hpp是约定的名称，并不是强制
示例：
person.hpp中代码：
#pragma once
#include
using namespace std;
template
类模板分文件编写.cpp中代码：
#include
using namespace std;
#include
//第一种解决方式直接包含 源文件
//#include "person.cpp"
//第二种解决方式（常用），将.h和.cpp中内容写到一起，将后缀名改为.hpp文件
#include"person.hpp"
void test01()
{
Person总结：主流的解决方式是第二种，将类模板成员函数写到一起，并将后缀名改为.hpp
1.3.8 类模板与友元
学习目标：
- 掌握类模板配合友元函数的类内和类外实现
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
//通过全局函数来打印Person的信息
//提前让编译器知道Person类的存在
template总结：建议全局函数做类内实现，用法简单，而且编译器可以直接识别
1.3.9 类模板案例
 ；
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
myArray.hpp中代码：
//自己通用的数组类
#pragma once
#include
using namespace std;
template
class myArray
{
public:
//有参构造 参数 容量
myArray(int capacity)
{
//cout << "myArray的有参构造调用" << endl;
this->m_Capacity = capacity;
this->m_Size = 0;
this->pAddress = new T[this->m_Capacity];
}
//拷贝构造
myArray(const myArray&arr)
{
//cout << "myArray的拷贝构造调用" << endl;
this->m_Capacity = arr.m_Capacity;
this->m_Size = arr.m_Size;
//this->pAddress = arr.pAddress;
//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 < this->m_Size; i++)
{
this->pAddress[i] = arr.pAddress[i];
}
}
//operator=防止浅拷贝问题
myArray&operator=(const myArray& arr)
{
//cout << "myArray的operator=调用" << endl;
//先判断原来堆区是否有数据，如果有先释放
if (this->pAddress != NULL)
{
delete[]this->pAddress;
this->pAddress = NULL;
this->m_Capacity = 0;
this->m_Size = 0;
}
//深拷贝
this->m_Capacity = arr.m_Capacity;
this->m_Size = arr.m_Size;
this->pAddress = new T[arr.m_Capacity];
for (int i = 0; i < this->m_Size; i++)
{
this->pAddress[i] = arr.pAddress[i];
}
return *this;
}
//尾插法
void Push_Back(const T &val)
{
//判断容量是否等于大小
if (this->m_Capacity == this->m_Size)
{
cout << "数组已经满了！" << endl;
return;
}
this->pAddress[this->m_Size] = val;//在数组末尾插入数据
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为尾删
if (this->m_Size == 0)
{
cout << "数组中没有数据" << endl;
return;
}
this->m_Size--;
}
//通过下标方式访问数组中的元素
//重载【】
T& operator[](int index)
{
return this->pAddress[index];
}
//返回数组的容量
int getCapacity()
{
return this->m_Capacity;
}
//返回数组大小
int getSize()
{
return this->m_Size;
}
//析构函数
~myArray()
{
if (this->pAddress != NULL)
{
//cout << "myArray的析构函数调用" << endl;
delete[]this->pAddress;
this->pAddress = NULL;
}
}
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
};
类模板案例–数组封装.cpp中：
#include
using namespace std;
#include
#include"myArray.hpp"
void printIntArray(myArray &arr)
{
for (int i = 0; i < arr.getSize(); i++)
{
cout << arr[i] << endl;
}
}
void test01()
{
myArray< int>arr1(5);
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
//利用尾插法向数组中插入数据
arr1.Push_Back(i);
}
cout << "arr1的打印输出为： " << endl;
printIntArray(arr1);
cout << "arr1的容量为：" << arr1.getCapacity() << endl;
cout << "arr1的大小为：" << arr1.getSize() << endl;
myArrayarr2(arr1);
cout << "arr2的打印输出为： " << endl;
printIntArray(arr2);
//尾删
arr2.Pop_Back();
cout << "arr2尾删后" << endl;
cout << "arr2的容量为：" << arr2.getCapacity() << endl;
cout << "arr2的大小为：" << arr2.getSize() << endl;
//尾插
arr2.Push_Back(10);
printIntArray(arr2);
}
//测试自定义数据类型
class Person
{
public:
//Person() {};//这行必须写，因为一旦写了其他构造函数就不会自动生成默认构造函数了。
//而直接定义一个变量不给初始化的话编译器需要一个不需要参数的构造函数来初始化这个变量
//或者改为
Person() = default;//default提示编译器使用编译器提供的默认构造函数
Person(string name, int age)
{
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}
string m_Name;
int m_Age;
};
void printPersonArray(myArray< Person>&arr)
{
for (int i = 0; i < arr.getSize(); i++)
{
cout << "姓名为： " << arr[i].m_Name << " 年龄为：" << arr[i].m_Age << endl;
}
}
void test02()
{
myArray< Person>arr(10);
Person p1("孙悟空", 999);
Person p2("韩信",20);
Person p3("妲己", 999);
Person p4("赵云", 202);
Person p5("安琪拉", 210);
//将数据插入到数组中
arr.Push_Back(p1);
arr.Push_Back(p2);
arr.Push_Back(p3);
arr.Push_Back(p4);
arr.Push_Back(p5);
//打印数组
printPersonArray(arr);
//输出容量大小
cout << "arr容量为： " << arr.getCapacity() << endl;
cout << "arr大小为： " << arr.getSize() << endl;
}
int main()
{
test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}
总结：能够利用所学知识点实现通用的数组
最后欢迎大家访问我的个人博客青蛙听禅的博客
