C++泛型編程函(數(shù)模板+類(lèi)模板)
前言:
由于C++是靜態(tài)語(yǔ)言,也就是說(shuō)使用一個(gè)數(shù)據(jù)的時(shí)候必須先指定類(lèi)型,這樣的操作在編譯后變量的類(lèi)型是無(wú)法輕易改變的,就導(dǎo)致擴(kuò)展性太差?；蛘咭粋€(gè)函數(shù)需要很多次重載的時(shí)候，代碼顯得冗雜，由此產(chǎn)生了C++函數(shù)模板。
一、函數(shù)模板
1.函數(shù)模板介紹
① 函數(shù)模板的產(chǎn)生背景:
- 在編程時(shí)多多少少會(huì)因?yàn)楹瘮?shù)參數(shù)不同寫(xiě)幾個(gè)重載函數(shù)；
- 函數(shù)模板的出現(xiàn)解決了僅僅因?yàn)閰?shù)類(lèi)型不同而進(jìn)行的函數(shù)重載;
解決方法:讓類(lèi)型作為參數(shù)傳進(jìn)函數(shù)或者自動(dòng)類(lèi)型推導(dǎo),從而實(shí)現(xiàn)不同的功能;
② 函數(shù)模板的語(yǔ)法：
tmplate<typename T>
返回類(lèi)型 函數(shù)名(參數(shù)列表){函數(shù)體}
③ 函數(shù)模板的調(diào)用方式:
- 1.明顯的調(diào)用 函數(shù)名<參數(shù)類(lèi)型>（實(shí)參）;-------------常用
- 2.自動(dòng)函數(shù)推導(dǎo) 函數(shù)名（實(shí)參）
④ 函數(shù)模板的本質(zhì):類(lèi)型參數(shù)化！
函數(shù)模板舉例
- 重載了三次的max函數(shù),使用函數(shù)模板一次就可以解決
#include<iostream>
using namespace std;
//--------------------------------函數(shù)模板前的比較大小
int ?max(int a,char b) {
?? ?return (a > b ? a : b);
}
float max(float a, float b) {
?? ?return (a > b ? a : b);
}
long int max(long int a, long int b) {
?? ?return (a > b ? a : b);
}
//--------------------------------用函數(shù)模板進(jìn)行比較大小
template<typename T>
T max(T& a, T& b) {
?? ?return (a > b ? a : b);
}
int main_001() {
?? ?int a = 10;
?? ?int b = 20;
?? ?char a2 = 'a',b2='b';
?? ?cout << max<int >(a, b) << endl;
?? ?cout<<max(a, b)<<endl;
?? ?cout << max(a2, b2) << endl;;
?? ?return 0;
}2.函數(shù)模板與重載函數(shù)的關(guān)系
① 普通函數(shù)的特性:
- 可以(隱式)進(jìn)行參數(shù)類(lèi)型自動(dòng)轉(zhuǎn)換；
② 函數(shù)模板的特性:
- 數(shù)參數(shù)類(lèi)型相同的話傳進(jìn)來(lái)的實(shí)參類(lèi)型也必須相同(不允許自動(dòng)轉(zhuǎn)換);
調(diào)用規(guī)則:
- 調(diào)用函數(shù)時(shí)優(yōu)先考慮普通函數(shù)
- 如果函數(shù)模板會(huì)有一個(gè)更好的匹配,那么選擇模板函數(shù)；
- 可以通過(guò)空模板實(shí)參列表的語(yǔ)法限定編譯器只通過(guò)模板匹配；
- 函數(shù)模板像普通函數(shù)一樣也可以被重載
使用規(guī)則如下：
clude<iostream>
using namespace std;
//此函數(shù)模板T1 T2代表兩個(gè)不同類(lèi)型的參數(shù)
//所以傳進(jìn)來(lái)的參數(shù)也要是不同類(lèi)型（可以通過(guò)簡(jiǎn)單的操作改為傳相同類(lèi)型的參數(shù)）
template<typename T1,typename T2>
int ?myadd(T1 a, T2 b) {
?? ?return a + b;
}
int myadd(int a, int b) {
?? ?return a + b;
}
int myadd(int a, char b) {
?? ?return a + b;
}
int main() {
?? ?int a = 10;
?? ?int b = 20;
?? ?char c = 'c';
?? ?cout << myadd(a,b) << endl;//----------調(diào)用add(int,int)-----優(yōu)先匹配的普通函數(shù)
?? ?cout << myadd(a,c) << endl;//----------調(diào)用add(int ,char)
?? ?cout << myadd(c,a) << endl;//----------調(diào)用add(t1,t2)-------沒(méi)有該類(lèi)型的普通函數(shù)就調(diào)用模板函數(shù)
?? ?cout << myadd(c,c) << endl;//----------調(diào)用add(t1,t2)
?? ?cout << myadd<>(a, b) << endl;//-------強(qiáng)制調(diào)用add(t1,t2)
?? ?return 0;
}3.函數(shù)模板實(shí)現(xiàn)機(jī)制
① 函數(shù)模板與模板函數(shù)：
1.函數(shù)模板:------------------------------僅僅是一個(gè)模板,并未被實(shí)例化(空殼子)
template <typename T>
返回類(lèi)型 函數(shù)名 (參數(shù)列表){函數(shù)體}
2.模板函數(shù):------------------------------通過(guò)類(lèi)型的傳入,將函數(shù)模板實(shí)例化
函數(shù)模板的函數(shù)名<類(lèi)型名>(參數(shù)列表);
② 函數(shù)模板機(jī)制剖析：
- 函數(shù)模板并不會(huì)直接產(chǎn)生能處理任意類(lèi)型的參數(shù)的函數(shù);
- 而是通過(guò)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的模板函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類(lèi)型參數(shù)的處理；
函數(shù)模板進(jìn)行兩次編譯：
1.函數(shù)模板聲明的地方,對(duì)函數(shù)模板代碼本身進(jìn)行編譯
2.將類(lèi)型插入后在調(diào)用的地方對(duì)插入?yún)?shù)后的代碼進(jìn)行編譯
二、類(lèi)模板
1.類(lèi)模板基本語(yǔ)法
① 單個(gè)模板類(lèi):
基本語(yǔ)法:
template<typename T>或template<class T>
class 類(lèi)名{private: T a;};
注意事項(xiàng):
模板類(lèi)是一個(gè)抽象類(lèi),定義對(duì)象時(shí)需要參數(shù)類(lèi)型的傳入
具體實(shí)現(xiàn)如下:
#include<iostream>
using namespace std;
template <class T>
class A {
public:
?? ?void seta(T &a) {
?? ??? ?this->a = a;
?? ?}
?? ?void printA() {
?? ??? ?cout << this->a << endl;
?? ?}
protected:
?? ?T a;
};
int main() {
?? ?int x = 888;
?? ?A<int> a1;
?? ?a1.seta(x);
?? ?a1.printA();
?? ?char xx = 'x';
?? ?A<char> a2;
?? ?a2.seta(xx);
?? ?a2.printA();
?? ?return 0;
}② 模板類(lèi)被具體類(lèi)繼承:
基本語(yǔ)法:
定義: class 具體類(lèi)名 :public 模板類(lèi)名<參數(shù)類(lèi)型>{};
- 繼承后的操作與普通類(lèi)之間繼承一樣;
實(shí)現(xiàn)方法如下:
#include<iostream>
using namespace std;
template <class T>
class A {
public:
?? ?void seta(T &a) {
?? ??? ?this->a = a;
?? ?}
?? ?void printA() {
?? ??? ?cout << this->a << endl;
?? ?}
protected:
?? ?T a;
};
class B :public A<int> {
private:
?? ?int b;
public:
?? ?void setb(int b) {
?? ??? ?this->b = b;
?? ?}
?? ?void printB() {
?? ??? ?cout << this->b << endl;
?? ?}
};
int main() {
?? ?int x = 888;
?? ?B b1;
?? ?b1.setb(999);
?? ?b1.printB();
?? ?b1.seta(x);
?? ?b1.printA();
?? ?return 0;
}③ 模板類(lèi)被模板類(lèi)繼承
類(lèi)繼承:
基本語(yǔ)法:
template<typename T>
class 模板類(lèi)名 :public 基類(lèi)模板類(lèi)名<T>{ };
具體實(shí)現(xiàn)方法:
#include<iostream>
using namespace std;
template <class T>
class A {
public:
?? ?void seta(T &a) {
?? ??? ?this->a = a;
?? ?}
?? ?void printA() {
?? ??? ?cout << this->a << endl;
?? ?}
protected:
?? ?T a;
};
template <class T>
class C :public A<T> {//----------語(yǔ)法所在地
private:
?? ?T c;
public:
?? ?void setC(T &c) {
?? ??? ?this->c = c;
?? ?}
?? ?void printC() {
?? ??? ?cout << this->c << endl;
?? ?}
};
class B :public A<int> {
private:
?? ?int b;
public:
?? ?void setb(int b) {
?? ??? ?this->b = b;
?? ?}
?? ?void printB() {
?? ??? ?cout << this->b << endl;
?? ?}
};
int main() {
?? ?int p = 99;
?? ?C<int> c1;
?? ?c1.setC(p);
?? ?c1.printC();
?? ?char pp = '6';
?? ?C<char> c2;
?? ?c2.setC(pp);
?? ?c2.printC();
?? ?return 0;
}2.類(lèi)模板內(nèi)函數(shù)的整體布局【分文件使用類(lèi)模板】
①所有函數(shù)均在類(lèi)的內(nèi)部
實(shí)現(xiàn)方法如下:
#include<iostream>
using namespace std;
template<typename T>
class complex1 {
?? ?friend ostream& operator<< <T>(ostream &out, complex1 &obj);
private:
?? ?T a;
?? ?T b;
public:
?? ?complex1(T a=0, T b=0) {
?? ??? ?this->a = a;
?? ??? ?this->b = b;
?? ?}
?? ?complex1 operator+(complex1 obj) {
?? ??? ?complex1 tem(a+obj.a,b+obj.b);
?? ??? ?return tem;
?? ?}
?? ?void printa() {
?? ??? ?cout << a << endl;
?? ?}
?? ?void printb() {
?? ??? ?cout << b << endl;
?? ?}
?? ?
};
template<typename T>
ostream& operator<<(ostream &out, complex1<T> &obj) {
?? ??? ?out << obj.a << "+" << obj.b << "i" << endl;
?? ??? ?return out;
?? ?}
int main_11() {
?? ?complex1<int> a(1, 2), b(3, 4);
?? ?complex1<int>c = a + b;
?? ?cout << c << a << b;
?? ?a.printa();
?? ?a.printb();
?? ?return 0;
}②所有函數(shù)均在類(lèi)的外部,但在同一文件
員函數(shù)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)法:
原型: 類(lèi)名 函數(shù)名 （參數(shù)列表）;
修改后的形式:
template <typename T>
類(lèi)名<T> 函數(shù)名 （參數(shù)列表）------參數(shù)列表該加T的就加T
流運(yùn)算符 友元函數(shù)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)法:
原型(聲明): friend 返回類(lèi)型 函數(shù)名 （參數(shù)列表）；
修改后的形式:
(聲明) ：friend 返回類(lèi)型 函數(shù)名 <T> (參數(shù)列表) ；
template<typename T>
(函數(shù)實(shí)現(xiàn)): 返回類(lèi)型 函數(shù)名 （參數(shù)列表）{};------類(lèi)的對(duì)象做參數(shù)時(shí)修改為 類(lèi)名<T>;
具體實(shí)現(xiàn)如下：
#include<iostream>
using namespace std;
template<typename T>
class complex2 {
?? ?friend ostream& operator<< <T>(ostream& out, complex2& obj);
private:
?? ?T a;
?? ?T b;
public:
?? ?complex2(T a = 0, T b = 0);
?? ?complex2 operator+(complex2 obj);
?? ?void printa();
?? ?void printb();
};
template<typename T>
complex2<T>::complex2<T>(T a , T b ) {
?? ?this->a = a;
?? ?this->b = b;
}
template<typename T>
complex2<T> complex2<T>::operator+(complex2 obj) {
?? ?complex2 tem(a + obj.a, b + obj.b);
?? ?return tem;
}
template<typename T>
void complex2<T>::printa() {
?? ?cout << a << endl;
}
template<typename T>
void complex2<T>::printb() {
?? ?cout << b << endl;
}
template<typename T>
ostream& operator<<(ostream& out, complex2<T>& obj) {
?? ?out << obj.a << "+" << obj.b << "i" << endl;
?? ?return out;
}
int main_dd() {
?? ?complex2<int> a(1, 2), b(3, 4);
?? ?complex2<int>c = a + b;
?? ?cout << c << a << b;
?? ?a.printa();
?? ?a.printb();
?? ?return 0;
}③ 所有函數(shù)均在類(lèi)的外部,但在不同文件
將類(lèi)分文件寫(xiě)后,將類(lèi)函數(shù)實(shí)現(xiàn)的部分包含進(jìn)主函數(shù)所在的文件
實(shí)現(xiàn)方法:
include"xxxx.cpp"
示例:
頭文件：
#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
template<typename T>
class complex {
?? ?friend ostream& operator<< <T>(ostream& out, complex& obj);
private:
?? ?T a;
?? ?T b;
public:
?? ?complex(T a = 0, T b = 0);
?? ?complex operator+(complex obj);
?? ?void printa();
?? ?void printb();
};函數(shù)實(shí)現(xiàn)：
#include<iostream>
using namespace std;
#include"復(fù)數(shù)類(lèi)3.h"
template<typename T>
complex<T>::complex<T>(T a, T b) {
?? ?this->a = a;
?? ?this->b = b;
}
template<typename T>
complex<T> complex<T>::operator+(complex obj) {
?? ?complex tem(a + obj.a, b + obj.b);
?? ?return tem;
}
template<typename T>
void complex<T>::printa() {
?? ?cout << a << endl;
}
template<typename T>
void complex<T>::printb() {
?? ?cout << b << endl;
}
template<typename T>
ostream& operator<<(ostream& out, complex<T>& obj) {
?? ?out << obj.a << "+" << obj.b << "i" << endl;
?? ?return out;
}主函數(shù)：
#include<iostream>
using namespace std;
#include"復(fù)數(shù)類(lèi)3h.cpp"http://重點(diǎn)
int main() {
?? ?complex<int> a(1, 2), b(3, 4);
?? ?complex<int>c = a + b;
?? ?cout << c << a << b;
?? ?a.printa();
?? ?a.printb();
?? ?return 0;
}3.類(lèi)模板的static與模板類(lèi)的static
類(lèi)模板定義了變量,函數(shù)實(shí)現(xiàn)的步驟,但沒(méi)有數(shù)據(jù)類(lèi)型的插入,所以類(lèi)模板僅僅是模板;
類(lèi)模板的實(shí)現(xiàn)機(jī)制是程序員給出數(shù)據(jù)類(lèi)型,編譯器對(duì)具體的類(lèi)進(jìn)行實(shí)現(xiàn),產(chǎn)生不同類(lèi)型的類(lèi);
所以,類(lèi)模板中的靜態(tài)成員變量是某個(gè)類(lèi)型的具體類(lèi)獨(dú)有的成員變量;只是被該類(lèi)型對(duì)象所公有
區(qū)別如下：
- 模板類(lèi)中的
static變量可以被該模板類(lèi)的對(duì)象公用 - 類(lèi)模板的static經(jīng)過(guò)類(lèi)不同方式的實(shí)例化,會(huì)產(chǎn)生不同的static變量，
- 且該變量只供初始化他的類(lèi)使用
4.數(shù)組實(shí)現(xiàn)萬(wàn)能容器
testarray類(lèi)是一個(gè)類(lèi)模板，里面有一個(gè)指針類(lèi)型,所以通過(guò)程序員主動(dòng)實(shí)現(xiàn)模板類(lèi)傳參可以存儲(chǔ)不同類(lèi)型的數(shù)據(jù),也就是說(shuō)testarray理論可以存儲(chǔ)任意類(lèi)型的數(shù)據(jù)。
#include<iostream>
using namespace std;
class teacher {
private:
?? ?char *name;
?? ?char *sex;
?? ?int age;
public:
?? ?teacher() {
?? ??? ?name = NULL;
?? ??? ?sex = NULL;
?? ??? ?age = 0;
?? ?}
?? ?teacher(teacher& obj) {
?? ??? ?if (name != NULL) {
?? ??? ??? ?delete [] name;
?? ??? ??? ?delete[] sex;
?? ??? ?}
?? ??? ?age = obj.age;
?? ??? ?name = new char [sizeof(obj.name)];
?? ??? ?sex = new char[sizeof(obj.sex)];
?? ??? ?strcpy_s(name, sizeof(obj.name), obj.name);
?? ??? ?strcpy_s(sex, sizeof(obj.sex), sex);
?? ?}
?? ?void setname(char *name) {
?? ??? ?this->name = new char[strlen(name)+1];
?? ??? ?strcpy_s(this->name, strlen(name)+1, name);
?? ?}
?? ?void setage(int age) {
?? ??? ?this->age = age;
?? ?}
?? ?void setsex(char* sex) {
?? ??? ?this->sex = new char[strlen(sex)+1];
?? ??? ?strcpy_s(this->sex, strlen(sex)+1, sex);
?? ?}
?? ?friend ostream& operator<<(ostream& out, teacher& obj);
};
ostream& operator<<(ostream& out, teacher& obj) {
?? ?cout << "姓名" << "\t" << "性別" << "\t" << "年齡" << endl;
?? ?cout << obj.name << "\t" << obj.sex << "\t" << obj.age << endl;
?? ?return out;
}
ostream& operator<<(ostream& out, teacher& obj);
template <typename T>
class testarray {
?? ?friend ostream& operator<< <T>(ostream& out, testarray& obj);
private:
?? ?int len;
?? ?T* myarray;
public:
?? ?testarray() {
?? ??? ?len = 0;
?? ??? ?myarray = NULL;
?? ?}
?? ?testarray(int len) {
?? ??? ?this->len=len;
?? ??? ?myarray = new T[len];
?? ?}
?? ?testarray(testarray & obj) {
?? ??? ?len = obj.len;
?? ??? ?myarray = new testarray;
?? ??? ?strcmp_s(myarray, len, obj.myarray);
?? ?}
?? ?T& operator[](int xx) {
?? ??? ?return myarray[xx];
?? ?}?? ?
};
template<typename T>
ostream& operator<<(ostream& out,testarray<T>& obj) {
?? ?for (int i = 0;i < obj.len;i++) {
?? ??? ?cout << obj[i] <<" ";
?? ?}
?? ?cout << endl;
?? ?return out;
}
int main() {
?? ?testarray<int> aint(10);
?? ?testarray<char> bchar(10);
?? ?testarray<teacher> tea(3);
?? ?teacher t1, t2, t3;
?? ?char name1[]="小李",name2[]="小朱",name3[]="小黃";
?? ?char sex1[] = "男", sex2[] = "女";
?? ?t1.setname(name1);
?? ?t1.setsex(sex2);
?? ?t1.setage(40);
?? ?t2.setname(name2);
?? ?t2.setsex(sex1);
?? ?t2.setage(20);
?? ?t3.setname(name3);
?? ?t3.setsex(sex1);
?? ?t3.setage(28);
?? ?tea[0] = t1;
?? ?tea[1] = t2;
?? ?tea[2] = t3;
?? ?for (int i = 0;i < 10;i++) {
?? ??? ?aint[i] = i;
?? ?}
?? ?for (int i = 0;i < 10;i++) {
?? ??? ?bchar[i] = i + 97;
?? ?}
?? ?cout << aint;
?? ?cout << bchar;
?? ?cout << tea;
?? ?return 0;
}效果圖：
實(shí)現(xiàn)思路：
- 類(lèi)模板實(shí)現(xiàn)對(duì)不同數(shù)據(jù)類(lèi)型的變量進(jìn)行處理后
- 該變量要有針對(duì)該操作 自己處理自身的方法
換句話說(shuō)就是：
- 類(lèi)模板僅僅對(duì)某種類(lèi)型的處理發(fā)出指令
- 而細(xì)枝末節(jié)的處理方式(算法),要該類(lèi)型自己的方法去實(shí)現(xiàn)
總結(jié)：
類(lèi)模板與函數(shù)模板一樣也會(huì)經(jīng)過(guò)兩次編譯,在此文中重點(diǎn)區(qū)分一下類(lèi)模板與模板類(lèi),函數(shù)模板與模板函數(shù)的概念,泛型編程是C++開(kāi)發(fā)的一大精髓,靈活地運(yùn)用泛型編程對(duì)我們以后學(xué)習(xí)其他的編程語(yǔ)言有很大的幫助
到此這篇關(guān)于C++泛型編程函(數(shù)模板+類(lèi)模板)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++泛型編程函內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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