C++模板学习

模板

模板的概念

模板就是建立通用的模具，提高复用性

在生活中有很多模板：PPT模板，证件照模板等，但他们都有同一个特点，不能单独使用，需要自己添加内容。

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

函数模板

• C++另一种编程思想称为 泛型编程，主要利用的技术是模板
• C++提供两种模板机制：函数模板和类模板

函数模板语法

函数模板的作用：

建立一个通用函数，其函数返回值类型和形参类型不可以具体指定，用一个虚拟的类型来表示

语法：

template<typename T>
函数声明或定义

解释：

template —— 声明创建模板

typename —— 表名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：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
using namespace std;

//函数模板

//交换两个整型函数
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
// 声明一个模板，告诉编译器，后面遇到T不要报错，T是一种通用数据类型
template <typename T> 
void mySwap(T &a, T &b)
{
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

void test01()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	//利用函数实现
	//swapInt(a, b);

	//利用模板实现
	//两种方式实现模板
	//1、自动类型推导

	mySwap(a, b);
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;

	cout << "========================" << endl;

	double c = 1.1;
	double d = 2.2;
	// swapDouble(c, d);

	//2、显示指定类型
	mySwap<double>(c, d);
	cout << "c = " << c << endl;
	cout << "d = " << d << endl;
}

int main()
{

	test01();

	system("pause");
	return EXIT_SUCCESS;
}

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：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
using namespace std;

//函数模板注意事项
template<typename 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);
	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<typename T>
void func()
{
	cout << "func函数的调用" << endl;
}

void test02()
{
	func<int>(); //当函数变为模板时，必须要确定模板的数据类型，否则会报错
}

int main()
{

	test01();
	test02();

	system("pause");
	return EXIT_SUCCESS;
}

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
• 排序的规则从大到小，排序算法为选择算法
• 分别利用char数组和int数组进行测试

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
using namespace std;

//实现通用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<typename T>
void mySwap(T &a, T &b)
{
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

//排序算法
template<typename T>
void mySort(T arr[], int len)
{
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		int max = i; //认定最大值下标
		for (int j = i+1; j < len; j++)
		{
			//认定的最大值比遍历出的数字小，说明j下标元素才是最大值
			if (arr[max] > arr[j])
			{
				max = j;//更新最大值
			}
		}
		if (max != i)
		{
			//交换max和i的元素
			mySwap(arr[max], arr[i]);
		}
	}
}

//打印数组模板
template<typename 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[] = "cbadgef";
	int len = sizeof(charArr) / sizeof(charArr[0]);
	mySort(charArr, len);
	printArray(charArr, len);
}

void test02()
{
	//测试int数组

	int intArr[] = { 3,2,6,4,7,9,3,1 };
	int len = sizeof(intArr) / sizeof(intArr[0]);
	mySort(intArr, len);
	printArray(intArr, len);
}

int main()
{

	test01();
	cout << "==================================" << endl;
	test02();

	system("pause");
	return EXIT_SUCCESS;
}

普通函数与函数模板的区别

普通函数与函数模板的区别

• 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，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

示例：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
using namespace std;

//普通函数与函数模板区别

//1、普通函数调用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 用显示指定类型，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';
	cout << myAdd01(a, b) << endl;
	cout << myAdd01(a, c) << endl;

	//自动类型推导
	cout << myAdd02(a, b) << endl;
	//cout << myAdd02(a, c) << endl;

	//显示指定类型
	cout << myAdd02<int>(a, b) << endl;
	cout << myAdd02<int>(a, c) << endl;
}

int main()
{

	test01();

	system("pause");
	return EXIT_SUCCESS;
}

普通函数与函数模板的调用规则

调用规则：

1. 如果函数模板和普通函数都可以实现，优先调用普通函数
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

示例：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
using namespace std;

void myPrint(int a, int b);//当函数只有声明，没有实现时，编译会报错。需要使用空模板来使函数强制调用模板函数
//{
//	cout << "调用的普通函数" << endl; 
//}

template<class T>
void myPrint(T a, T b)
{
	cout << "调用函数模板" << endl;
}

//模板重载
template<class T>
void myPrint(T a, T b, T c)
{
	cout << "调用重载函数模板" << endl;
}

void test01()
{
	int a = 10;
	int b = 10;
	//myPrint(a, b);

	//通过空模板，强制调用模板函数
	//myPrint<>(a, b);
	//myPrint(a,b,100);

	//如果函数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();

	system("pause");
	return EXIT_SUCCESS;
}

模板的局限性

局限性：

• 模板的通用性不是万能的

例：

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

在这个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

template<class T>
void f(T a, T b)
{
    if(a>b) {……}
}

在这个代码中，如果T的数据类型传入的是像类、结构体这样的自定义数据类型，也无法正常运行

为了解决这种问题，提供模板的重载，可以为这些特定的类型提供具体化的模板

示例：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;

//模板的局限性

//对比两个数据是否相等函数
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;
	}
}

//利用具体化的类的版本实现代码，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;
	int b = 20;
	cout << myCompare(a, b) << endl;//运行时，会找不到数据类型
}

void test02()
{
	Person p1("张三", 18);
	Person p2("张三", 18);
	cout << myCompare(p1, p2) << endl;
}

int main()
{

	//test01();
	test02();

	system("pause");
	return EXIT_SUCCESS;
}

类模板

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指定，用一个虚拟的类型来代替

语法：

template<typename T>
类

解释：

template —— 声明创建模板

typename —— 表明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：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;

//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 << this->m_Name << endl;
		cout << this->m_Age << endl;
	}

	string m_Name;
	int m_Age;
};

void test01()
{
	Person<string, int>p1("张三", 18);
	p1.showPerson();
}

int main()
{

	test01();

	system("pause");
	return EXIT_SUCCESS;
}

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：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;

//类模板与函数模板区别
template < class NameType = string, class AgeType = int>//模板可以有默认参数类型
class Person
{
public:
	Person(NameType name, AgeType age)
	{
		this->m_Name = name;
		this->m_Age = age; 
	}

	void showPerson()
	{
		cout << this->m_Name << endl;
		cout << this->m_Age << endl;
	}

	NameType m_Name;
	AgeType m_Age;
};

//1、类模板没有自动类型推导使用方式
void test01()
{
	Person<string, int>p1("张三", 18);//只能用显示指定类型
	p1.showPerson();
}

//2、类模板在模板参数列表中可以有默认参数
void test02()
{
	Person<>p("李四", 19);
	p.showPerson();
}

int main()
{

	test01();
	test02();

	system("pause");
	return EXIT_SUCCESS;
}

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的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

示例：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
using namespace std;

//类模板中成员函数创建时机
//类模板中成员函数在调用时才去创建

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;

	//类模板中成员函数
	void func1()
	{
		obj.showPerson1();
	}

	void func2()
	{
		obj.showPerson2();
	}
};

void test01()
{
	//Person1调用 
	MyClass<Person1>m1;
	m1.func1();
	//m.func2();报错

	//Person2调用 
	MyClass<Person2>m2;
	//m.func1();报错
	m2.func2();
}

int main()
{

	test01();

	system("pause");
	return EXIT_SUCCESS;
}

类模板对象做函数参数

一共有三种传入方式：

1. 指定传入的类型 —— 直接显示对象的数据类型
2. 参数模板化 —— 将对象中的参数变成模板进行传递
3. 整个类模板化 —— 将这个对象类型模板化进行传递

示例：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;

//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 << this->m_Name << endl;
		cout << this->m_Age << endl;
	}

	T1 m_Name;
	T2 m_Age;
};

//1、指定传入类型
void printPerson1(Person<string, int>&p)
{
	p.showPerson();
}

void test01()
{
	Person<string, int>p1("张三", 18);
	printPerson1(p1);
}

//2、参数模板化
template<class T1, class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2>&p)
{
	p.showPerson();
	//利用typeid查看模板类型
	cout << "T1类型" << typeid(T1).name() << endl;
	cout << "T2类型" << typeid(T2).name() << endl;
}

void test02()
{
	Person<string, int>p2("李四", 19);
	printPerson2(p2);
}

//3、整个类模板化
template<class T>
void printPerson3(T &p)
{
	p.showPerson();
}

void test03()
{
	Person<string, int>p3("王五", 20);
	printPerson3(p3);
}

int main()
{

	test01();
	test02();
	test03();

	system("pause");
	return EXIT_SUCCESS;
}

类模板与继承

当类模板碰到继承时，需要注意几个问题：

• 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，子类也需要变为类模板

示例：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
using namespace std;

//类模板与继承

template<class T>
class Base
{
	T m;
};

//class Son :public Base //错误，必须要知道父类中的T类型，才能继承给子类
class Son1:public Base<int>
{

};

void test01()
{
	Son1 s1;
}

//如果想灵活的指定父类中T的类型，子类也要成为类模板
template<class T1, class T2>
class Son2 :public Base<T1>
{
public:
	Son2()
	{
		cout << "T1的类型为：" << typeid(T1).name() << endl;
		cout << "T2的类型为：" << typeid(T2).name() << endl;
	}

	T1 obj;
};

void test02()
{
	Son2<int, char>s2;
}

int main()
{

	test02();

	system("pause");
	return EXIT_SUCCESS;
}

类模板成员函数类外实现

示例：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;

//类模板成员函数在类外实现
template<class T1, class T2>
class Person
{
public:

	Person(T1 name, T2 age);

	void showPerson();

	T1 m_Name;
	T2 m_Age;
};

//构造函数的类外实现
template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age)//要加作用域
{
	this->m_Name = name;
	this->m_Age = age;
}

//成员函数的类外实现
template<class T1, class T2>
void Person<T1,T2>::showPerson()
{
	cout << this->m_Name << endl;
	cout << this->m_Age << endl;
}

void test01()
{
	Person<string, int>p("张三", 18);
	p.showPerson();
}

int main()
{

	test01();

	system("pause");
	return EXIT_SUCCESS;
}

类模板分文件编写

在类模板分文件编写时，由于类模板中的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：

• 方式一：直接包含.cpp源文件
• 方式二：将声明和实现写到用一个文件中，更改后缀名为.hpp，hpp是约定的名称，并不是强制的

代码：

person.hpp

#pragma once
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;

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 << this->m_Name << endl;
	cout << this->m_Age << endl;
}

main.cpp

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
#include<string>

//第一种方式：直接包含源文件
//#include "person.cpp"

//第二种方式：将.h和.cpp中的内容写到一起，将后缀名改为.hpp文件
#include "person.hpp"
using namespace std;

//类模板分文件编写
//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 << this->m_Name << endl;
//	cout << this->m_Age << endl;
//}

void test01()
{
	Person<string, int>p("张三", 18);
	p.showPerson();
}

int main()
{

	test01();

	system("pause");
	return EXIT_SUCCESS;
}

类模板与友元

全局函数类内实现 —— 直接在类内声明友元

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：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;

//通过全局函数 打印Person类中的信息

//提前让编译器知道Person类的存在
template<class T1, class T2>
class Person;

template<class T1, class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2> p);

template<class T1, class T2>
class Person
{
	//全局函数 类内实现
	friend void printPerson(Person<T1, T2> p)
	{
		cout << p.m_Name << endl;
		cout << p.m_Age << endl;
	}

	//全局函数 类外实现
	//加空模板参数列表
	//如果全局函数 是类外实现，需要让编译器提前知道这个函数的存在
	friend void 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;
};

//类外实现
template<class T1, class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2> p)
{
	cout << "类外实现" << p.m_Name << endl;
	cout << "类外实现" << p.m_Age << endl;
}

//1、全局函数在类内实现
void test01()
{
	Person<string, int>p("张三", 18);
	printPerson(p);
}

//2、全局函数在类外实现
void test02()
{
	Person<string, int>p("李四", 19);
	printPerson2(p);
}

int main()
{

	test01();
	test02();

	system("pause");
	return EXIT_SUCCESS;
}