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C++泛型編程綜合講解

 更新時(shí)間：2022年12月26日 13:56:28   作者：編程遠(yuǎn)泊  
泛型編程與面向?qū)ο缶幊痰哪繕?biāo)相同，即使重用代碼和抽象通用概念的技術(shù)更加簡(jiǎn)單。但是面向?qū)ο缶幊虖?qiáng)調(diào)編程的數(shù)據(jù)方面，泛型編程強(qiáng)調(diào)的是獨(dú)立于特定數(shù)據(jù)類型

函數(shù)模板

進(jìn)一步把函數(shù)中的或類中的數(shù)據(jù)類型進(jìn)一步抽象，這個(gè)抽象的類型就叫泛型

模板：函數(shù)模板，類模板

模板就是把函數(shù)（或類）中的類型抽象出來，有指定類型方可使用

模板可以有默認(rèn)類型，類模板規(guī)則（函數(shù)模板，不存在規(guī)則）：從右到左

模板編譯機(jī)制：

  • 編譯器并不是把函數(shù)（類）模板處理成能夠處理任何類型的函數(shù)（類），而是一個(gè)函數(shù)（類）的生成器。
  • 函數(shù)（類）模板通過具體類型產(chǎn)生不同的函數(shù)實(shí)例（類實(shí)體）。
  • 編譯器會(huì)對(duì)函數(shù)（類）模板進(jìn)行兩次編譯，第一次在聲明的地方對(duì)模板本身進(jìn)行編譯(主要是對(duì)語法進(jìn)行檢查，在調(diào)用的地方對(duì)參數(shù)替換)，再次對(duì)代碼進(jìn)行編譯，二次編譯也被稱之為延時(shí)編譯。

注意：模板函數(shù)需要編譯兩次，是慢于定義函數(shù)的原因

關(guān)鍵字template是模板標(biāo)識(shí)符

<>是泛型，指定的參數(shù)類型列表

class用來修飾泛型，typename也可進(jìn)行修飾

#include <iostream>
using namespace std;
//int add(int a,int b){
//    return a+b;
//}
//float add(float a,float b){
//    return a+b;
//}
//string add(string a,string b){
//    return a+b;
//}
//抽象的泛型
template<class T>
T add(T a,T b){
    cout << "i am is template" << endl;
    return a+b;
}
int main()
{
    int a=10,b=20;
    cout << add(a,b) << endl;
    float a1=5.21;
    float b1=13.14;
    cout << add(a1,b1) << endl;
    string a2="yao",b2="liang";
    cout << add(a2,b2) << endl;//隱式調(diào)用
    cout << add<string>(a2,b2) << endl;//顯示調(diào)用
    return 0;
}

顯示調(diào)用和隱式調(diào)用

#include <iostream>
using namespace std;
//抽象的泛型
typename<class T>
T add(T a,T b){
    return a+b;
}
int main()
{
    string a2="yao",b2="liang";
    cout << add(a2,b2) << endl;//隱式調(diào)用
    cout << add<string>(a2,b2) << endl;//顯示調(diào)用
    return 0;
}

函數(shù)模板的特化

前提：模板的特化(泛型沒有制定類型)是依賴基礎(chǔ)模板的

產(chǎn)生原因：當(dāng)函數(shù)的算法邏輯與實(shí)際的參數(shù)類型不匹配時(shí)，就應(yīng)該對(duì)類型進(jìn)行特化

#include <iostream>
using namespace std;
template  <class T>
T compair(T t1,T t2){
    return t1>t2?t1:t2;
}
//對(duì)基礎(chǔ)模板進(jìn)行全特化（函數(shù)模板只能全特化，不能偏特化）
template <>
const char* compair(const char* str1,const char* str2){
    return string(str1)>string(str2)?str1:str2;
}
int main()
{
    int a=10,b=20;
    cout << compair(a,b) << endl;
    const char* str1="yaoliang";
    const char* str2="yao";
    cout << compair(str1,str2) << endl;
    return 0;
}

類型可以傳*號(hào)

#include <iostream>
using namespace std;
template  <class T>
T compair(T t1,T t2){//char *t1=name; 
    cout << string(t1) << endl;
}
int main()
{
    char *name="minmin";
    char *name1="sun";
    compair(name,name1);
//    int a=10;
//    int *p=&a;
//    int *q=&a;
//    compair(p,q);
    return 0;
}

函數(shù)模板的調(diào)用優(yōu)先級(jí)

函數(shù)實(shí)例>匹配的特化模板>基礎(chǔ)模板

#include <iostream>
using namespace std;
template  <class T>
T compair(T t1,T t2){
    cout << "i am is basics" <<endl;
    return t1>t2?t1:t2;
}
//對(duì)基礎(chǔ)模板進(jìn)行全特化（函數(shù)模板只能全特化，不能偏特化）
template <>
const char* compair(const char* str1,const char* str2){
    cout << "i am is specialization" <<endl;
    return string(str1)>string(str2)?str1:str2;
}
inline int compair(int a,int b){
    cout << "i am is inline fun" << endl;
    return a>b?a:b;
}
int main()
{
    int a=10,b=20;
    cout << compair(a,b) << endl;
    const char* str1="yaoliang";
    const char* str2="yao";
    //如果是隱式調(diào)用，優(yōu)先調(diào)用與之類型相匹配的特化模板
    cout << compair(str1,str2) << endl;
    //顯性調(diào)用，直接調(diào)用
    cout << compair<const char*>(str1,str2) << endl;
    cout << compair<int>(a,b) << endl;
    return 0;
}

函數(shù)模板的實(shí)參推演

函數(shù)模板具有函數(shù)特性：函數(shù)重載

#include <iostream>
using namespace std;
template  <class T>
T add(T t1,T t2){
    cout << "i am is one_basics" <<endl;
    return t1+t2;
}
template  <class T1,class T2>
T1 add(T1 t1,T2 t2){
    cout << "i am is two_basics" <<endl;
    return t1+t2;
}
int main()
{
    int a=10,b=20;
    cout << add(a,b) << endl;
    double c=13.14;
    cout << add(c,a) << endl;
    return 0;
}

函數(shù)泛型不僅是一個(gè)單一抽象類型，也可以是一個(gè)組合類型。

#include <iostream>
#include <typeinfo>//信息識(shí)別頭
using namespace std;
template <class T>
void my_funtion(T t){
    cout << "i am is basics" << endl;
    cout << typeid (t).name() << endl;
}
template <>
void my_funtion(int* t){
    cout << "指針類型的特化" << endl;
    cout << typeid (t).name() << endl;
}
template <class Ret,class Arg1,class Arg2>
void my_funtion(Ret (*arg)(Arg1,Arg2)){
    cout << typeid (Ret).name() << endl;
    cout << typeid (Arg1).name() << endl;
    cout << typeid (Arg2).name() << endl;
    cout << "指針類型的復(fù)合模板" << endl;
}
int add(int a,int b){
    return  a+b;
}
int main()
{
    int a=10;
    my_funtion(a);
    int *p=&a;
    my_funtion(p);
    my_funtion(add);
    return 0;
}

在c++11關(guān)于函數(shù)模板的可變參符號(hào)…

…如果修飾類型（變量），則表示類型（變量）不定引數(shù)，個(gè)數(shù)不同，類型不同的多個(gè)參數(shù)。

#include <iostream>
using namespace std;
//函數(shù)實(shí)例
void print(){
};
template <class FirstArg,class... Args>
void print(FirstArg firstArg,Args... args){//int firstArg=100,...(3.14,"yaoliang")
    									//3.14 ...("yaoliang")
    									//"yaoliang" ...()
    cout << firstArg << " ";
    print(args...);
}
int main()
{
   print(100,3.14,"yaoliang");
   return 0;
}

類模板

像聲明一個(gè)類一樣聲明一個(gè)模板，無隱式調(diào)用，模板規(guī)則：使用默認(rèn)泛型參數(shù)類型，從右向左依次指定

#include <iostream>
using namespace std;
template <class T1,class T2>
class Person{
private:
    T1 _name;
    T2 _age;
public:
    Person(T1 name,T2 age){
        this->_age=age;
        this->_name=name;
    }
    int getAge(){
        return this->_age;
    }
    string getName(){
        return  this->_name;
    }
    virtual void showInfo(){
        cout << "姓名:" << this->_name << ",年齡:" << this->_age << endl;
    }
};
template <class T1,class T2,class T3=int>
class Stu:public Person<T1,T2>
{
private:
    const T3 _id;
    static int count;
public:
    Stu(T1 name,T2 age,T3 id):Person<T1,T2>(name,age),_id(id){
        count++;
    }
    void showInfo()override{
        cout << "學(xué)號(hào):" << this->_id << ",姓名:" << this->getName() << ",年齡:" << this->getAge() << endl;
    }
    static int get_count(){
        return count;
    }
};
template <class T1,class T2,class T3>
int Stu<T1,T2,T3>::count=0;
int main()
{
    Person<string,int> *person=new Stu<string,int,int>("yao",19,1);
    person->showInfo();
    delete person;
    Stu<string,int> stu("sunsun",18,2);//使用缺省類型，從右往左
    stu.showInfo();
    cout << Stu<string,int,int>::get_count() << endl;
    return 0;
}

分文件編程實(shí)現(xiàn)一個(gè)順序棧

注意： .hpp是類模板文件,聲明和定義在同一個(gè)文件中

stack_cpp.hpp:

#ifndef MY_STACK_HPP
#define MY_STACK_HPP    
#include <exception>
#include <stdexcept>
#include <iostream>
using namespace std;
template <class T>
class my_stack{
private:
    T* m_data;
    int capacity;
    int size;
public:
    my_stack(int c=10);
    ~my_stack();
    bool full();
    bool empty();
    void push(const T& val);
    void pop();
    T& top();
};
#endif // MY_STACK_HPP
template<class T>
my_stack<T>::my_stack(int c)
{
    this->capacity=c;
    this->m_data=new T[capacity];
    this->size=0;
}
template<class T>
my_stack<T>::~my_stack()
{
    if(nullptr!=this->m_data){
        delete [] this->m_data;
        this->m_data=nullptr;
    }
    capacity=size=0;
}
template<class T>
bool my_stack<T>::full()
{
    return size==capacity;
}
template<class T>
bool my_stack<T>::empty()
{
    return size==0;
}
template<class T>
void my_stack<T>::push(const T &val)
{
    if(full()){
        return;
    }
    m_data[size]=val;
    size++;
}
template<class T>
void my_stack<T>::pop()
{
    if(this->empty()){
        throw range_error("空了");
    }
    size--;
}
template<class T>
T &my_stack<T>::top()
{
    return m_data[size-1];
}

main.cpp:

#include <iostream>
#include "my_stack.hpp"
using namespace std;
int main()
{
    my_stack<int> s;
    s.push(1);
    s.push(2);
    s.push(3);
    while (!s.empty()) {
        cout << s.top() << endl;
        s.pop();
    }
    return 0;
}

內(nèi)嵌類

為外圍類服務(wù)，不影響外圍類

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
template <class T>
class A{
public:
    int a;
    class B{
    public:
        int b=10;
    };
};
int main()
{
    cout << sizeof (A<int>) << endl;//4
    A<int>::B b_obj;
    cout << b_obj.b << endl;
    cout << "------------vetor容器---------------" << endl;
    vector<int> v;
    for(int i=0;i<10;i++){
        v.push_back(rand()%100+1);
    }
    vector<int>::iterator it;
    for(it=v.begin();it!=v.end();it++){
        cout << *it << "   ";
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

注意： 外圍類和內(nèi)圍類之間不能相互訪問，特殊的：靜態(tài)屬性

類模板的特化

#include <iostream>
using namespace std;
template <class T>
class A{
public:
    A(){
        cout << " A basics" << endl;
    }
};
template <>
class A<int>
{
public:
    A(){
        cout << " A 全特化 " << endl;
    }
};
template <class T>
class A<T*>
{
public:
    A(){
        cout << " A 偏特化" << endl;
    }
};
template <>
class A<int*>
{
public:
    A(){
        cout << " A 的全特化" << endl;
    }
};
template <class Ret,class Arg1,class Arg2>
class A<Ret (*)(Arg1,Arg2)>{
public:
    A(){
        cout << " A 的偏特化" << endl;
    }
};
int add(int a,int b){
    return  a+b;
}
int main()
{
    A<int> a;
    A<float> a1;
    A<int *> a2;
    A<int(*)(int,int)> a3=add;
    return 0;
}

類實(shí)例>匹配的全特化模板>匹配的偏特化模板>基礎(chǔ)模板

函數(shù)符(Function)

函數(shù)對(duì)象(Functor),仿函數(shù)

保存函數(shù)調(diào)用簽名的形式：

  • 全局函數(shù)指針
  • 成員指針
  • 函數(shù)對(duì)象
  • lambda表達(dá)式

函數(shù)對(duì)象：是類對(duì)象，這個(gè)類對(duì)象的類中有一個(gè)小括號(hào)重載運(yùn)算符函數(shù)。

#include <iostream>
using namespace std;
template<class T>
class A{
private:
    T str;
public:
    inline A(const T& t){
        this->str=t;
    }
    inline void  operator()(){
        cout << this->str << endl;
    }
};
void showInfo(){
    cout << "hello" << endl;
}
int main()
{
    showInfo();
    cout << "---------------------------------" << endl;
    A<string> a("functor is hello");
    a();
    return 0;
}

特點(diǎn)：

函數(shù)對(duì)象是類對(duì)象，當(dāng)類對(duì)象調(diào)用成員函數(shù)時(shí)，函數(shù)符合內(nèi)聯(lián)條件，自動(dòng)升級(jí)為內(nèi)聯(lián)函數(shù)，調(diào)用比普通函數(shù)效率高

函數(shù)對(duì)象可以直接使用類中定義的屬性

函數(shù)對(duì)象具有具體的類型

函數(shù)對(duì)象一般不會(huì)單獨(dú)使用，一般作為算法策略使用：

#include <iostream>
using namespace std;
template <class T>
T my_greate(T t1,T t2){
    return t1>t2?t1:t2;
}
template <class T>
T my_less(T t1,T t2){
    return t1<t2?t1:t2;
}
template <class T,class Compair>//Compair是獲取到的函數(shù)類型 T是獲取到的數(shù)據(jù)類型
T compair(T t1,T t2,Compair f){//Compair f=my_greate<int>
    return f(t1,t2);
}
//聲明兩個(gè)函數(shù)對(duì)象
template <class T>
class my_Greate{
public:
    T operator()(T t1,T t2){
        return t1>t2?t1:t2;
    }
};
template <class T>
class my_Less{
public:
    T operator()(T t1,T t2){
        return t1<t2?t1:t2;
    }
};
int main()
{
    int a=10,b=20;
    cout << "獲取較大的值" << compair(a,b,my_greate<int>) << endl;
    cout << "獲取較小的值" << compair(a,b,my_less<int>) << endl;
    cout << "使用函數(shù)對(duì)象，提高調(diào)用效率" << endl;
    cout << "獲取較大的值" << compair(a,b,my_Greate<int>()) << endl;
    cout << "獲取較小的值" << compair(a,b,my_Less<int>()) << endl;
    return 0;
}

函數(shù)對(duì)象術(shù)語

當(dāng)函數(shù)對(duì)象的類中的小闊號(hào)運(yùn)算符只有一個(gè)形參，所定義對(duì)象時(shí)，這個(gè)對(duì)象叫做一元函數(shù)對(duì)象

當(dāng)函數(shù)對(duì)象的類中的小闊號(hào)運(yùn)算符只有二個(gè)形參，所定義對(duì)象時(shí)，這個(gè)對(duì)象叫做二元函數(shù)對(duì)象

當(dāng)函數(shù)對(duì)象的類中的小闊號(hào)運(yùn)算符有多個(gè)形參，所定義對(duì)象時(shí)，這個(gè)對(duì)象叫做多元函數(shù)對(duì)象

當(dāng)函數(shù)對(duì)象的類中的小闊號(hào)運(yùn)算符返回值時(shí)一個(gè)bool類型，這個(gè)對(duì)象叫做謂詞（Predicate）

匿名函數(shù)對(duì)象Lambda表達(dá)式

Lambda表達(dá)式分析：

  • []是函數(shù)對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)中的形參，獲取外部實(shí)參時(shí)傳遞的形式
  • []為空時(shí)，代表無參的空構(gòu)造，對(duì)于lambda不進(jìn)行捕獲
  • [=]相當(dāng)于函數(shù)對(duì)象中的類中的構(gòu)造函數(shù)為拷貝傳參(值的傳遞)
  • [&]相當(dāng)于函數(shù)對(duì)象中的類中的構(gòu)造函數(shù)為引用傳遞（別名）
  • ()相當(dāng)于小闊號(hào)運(yùn)算符的形參列表
  • {}相當(dāng)于括號(hào)運(yùn)算符的函數(shù)體
  • 在lambda的形參列表后使用->返回值類型，明確返回值的類型
#include <iostream>
using namespace std;
class Lambda{
private:
//    int _a;
    int& _b;
public:
//    Lambda(){
//    }
//    Lambda(int& a){
//        //相當(dāng)于構(gòu)造函數(shù)中是一個(gè)值的拷貝
//        this->_a=a;
//    }
    Lambda(int& b):_b(b){
        //相當(dāng)于構(gòu)造函數(shù)中是一個(gè)值的拷貝
        this->_b=b;
    }
    void operator()(){
        cout << "hello world!" << endl;
    }
};
int main()
{
    //c++11 auto關(guān)鍵字：表示由編譯器自動(dòng)推導(dǎo)出的數(shù)據(jù)類型。不可作為函數(shù)形參
    auto f=[](){cout << "hello world" << endl;};
    f();
//    Lambda()();
//    auto f1=Lambda();
//    f1();
//    int a=100;
//    auto f2=[=](){
//        cout << a << endl;
//    };
//    f2();
    int b=10;
    cout << "b的地址：" << &b << endl;
    auto f3=[&](){
        cout << "b的地址：" << &b << endl;
    };
    f3();
    int x=100,y=200;
    auto f4=[&]()mutable{//mutable易變關(guān)鍵字,與const關(guān)鍵字相反
        int temp=x;
        x=y;
        y=temp;
    };
    f4();
    cout << "x=" << x << "  y=" << y << endl;
    return 0;
}

包裝器

類模板std::function 是通用的多態(tài)函數(shù)封裝器。 std::function 的實(shí)例能存儲(chǔ)、復(fù)制及調(diào)用任何可調(diào)用對(duì)象。C++語言中有多種可調(diào)用對(duì)象:函數(shù)、函數(shù)指針、lambda表達(dá)式、bind創(chuàng)建的對(duì)象以及重載了函數(shù)調(diào)用運(yùn)算符的類(仿函數(shù))等。

和其他對(duì)象一樣，可調(diào)用對(duì)象也有類型。如:每個(gè)lambda有它自己唯一的(未命名)類類型;函數(shù)及函數(shù)指針的類型則由其返回值類型和實(shí)參類型決定。然而，不同類型的可調(diào)用對(duì)象可能共享同一種調(diào)用形式。調(diào)用形式指明了返回的類型以及傳遞給調(diào)用的實(shí)參類型。一種調(diào)用形式對(duì)應(yīng)一個(gè)函數(shù)(function)類型。

標(biāo)準(zhǔn)使用：

#include <iostream>
#include <functional>
using namespace std;
int add(int a,int b){//add函數(shù)類型：int (int ,int )
    return a+b;
}
class A{
public:
    int add(int a,int b){//int A::(A* const,int,int)
        return a+b;
    }
};
class B{
public:
    int operator()(int a,int b){//int A::(int,int)
        return a+b;
    }
};
int main()
{
    //使用標(biāo)準(zhǔn)包裝器function包裝全局函數(shù)
    function<int (int,int)> f1=add;
    cout << f1(10,20) << endl;
    //使用標(biāo)準(zhǔn)包裝器function包裝類成員函數(shù)
    A a;
    function<int(A* const,int,int)> f2=&A::add;
    cout << f2(&a,20,30) << endl;
    //使用標(biāo)準(zhǔn)包裝器function包裝一個(gè)函數(shù)對(duì)象
    function<int(int,int)> f3=B();
    cout << f3(10,20) <<endl;
    //使用標(biāo)準(zhǔn)包裝器function包裝一個(gè)Lambda表達(dá)式
    function <int (int,int)> f4=[](int a,int b){return a+b;};
    cout << f4(100,220) << endl;
    return 0;
}

封裝一個(gè)包裝器:

#include <iostream>
#include <functional>
using namespace std;
template <class T>
class My_function{
public:
    My_function(){
        cout << "my_function is basics" << endl;
    }
};
//模板偏特化
template<class Ret,class Arg1,class Arg2>
class My_function<Ret (Arg1,Arg2)>
{
private:
    //typedef Ret(*Pfunc)(Arg1,Arg2);
    using Pfunc=Ret (*)(Arg1,Arg2);
    Pfunc f;
public:
    My_function(Pfunc f){
        this->f=f;
    }
    //包裝器核心
    Ret operator()(Arg1 arg1,Arg2 arg2){
        return f(arg1,arg2);
    }
};
int add(int a,int b){//類型 int (int ,int)
    return a+b;
}
int main()
{
    My_function<int (int,int)> f1=add;
    cout << f1(10,20) << endl;
    std::function<int(int,int)> f2=add;
    cout << f2(20,40) << endl;
    return 0;
}

到此這篇關(guān)于C++泛型編程綜合講解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++泛型編程內(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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