c++入门学习⑧——模板

目录

前言

基本介绍

什么是模板?

作用

特点

分类

函数模板

语法

使用方式

注意事项

函数模板和普通函数区别

普通函数和函数模板的调用规则

局限性

类模板

语法

类模板的成员函数创建时机

类模板实例化对象

类模板实例化对象做函数参数

类模板成员类外实现

类模板分文件编写

类模板和继承

类模板和友元

总结


前言

 该系列的上篇文章介绍了有关c++继承和多态的详细知识,那么本篇文章就接着介绍有关c++的模板知识,希望对大家有所帮助(●'◡'●)

编程思想除了面向对象(封装、继承、多态)以外还有泛型编程——主要通过模板来实现

基本介绍

什么是模板?

在生活中其实模板这个词很常见——假如你要写一份简历,这时候需要准备一份模板,然后按照自己的情况来填写内容。

而在编程中其实也是差不多的概念:

具体来说——模板具体的概念如下:

模板实际上是先建立一个通用函数或者类,其类内部的类型和函数的形参类型不具体指定,用一个虚拟的类型来代表,这种通用的方式称为模板。

而模板是泛型编程的基础,泛型编程即以一种独立于任何特定类型的方式编写代码

作用

模板有什么作用?

实际上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(有关stl的知识见下篇文章( ̄▽ ̄))

特点

那模板有什么特点呢?

  • 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,它有一定的局限

它的语法是怎样写的呢?

无论哪一种形式,都需要一个关键字——temple

语法通常由于类型的不同而写的形式有所出入,那么这里我们先介绍一下模板的分类再来详细介绍模板的语法

分类

分为函数模板和类模板

函数模板

无论在哪,都要先写一句:template (class/typename T)

这句话是为了让C++编译器知道要开始泛型编程

语法

关于函数模板,这里通过一个例子引入:

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
template<class T>
void Swap(T &a,T &b)
{T temp = b;b = a;a = temp;
}
void test1()
{int a = 1;int b = 2;Swap(a, b);cout << "a:" << a << endl;cout << "b:" << b << endl;
}
int main()
{test1();system("pause");return 0;
}

这里构建了一个函数模板——用于交换两个数的值

由这个代码,我们可以了解函数模板的语法以及用法:

先写这一行代码:

template<class T>或者是template<typename T>(注:这里的T可以换成其他的)

而下面紧接着的函数——就是所谓的模板函数,而在模板函数中传入参数是刚才定义的T类型
void Swap(T &a,T &b)
{
    T temp = b;
    a = temp;
    b = a;
}

而在使用时,可以直接传入两个int类型的,在程序运行时,函数也会正常调用

使用方式

函数模板使用有两个方法:

  • 自动类型推导
  • 显示指定类型

第一种类型就是直接传入数据,函数模板会自己推导

第二种类型就是调用函数时,直接在函数名之后加上<指定类型>

注意事项

当然刚才所介绍的语法以及调用并不是函数模板使用时的全部,它还有一些事项需要注意:

  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
  2. 模板必须要确定出T的数据类型,才可以使用

下面来用代码来分别讲解一下

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

当我在刚才的代码中加入一个double类型的数据,然后把它传入Swap函数,

结果它显示出错了——出错原因是这个函数模板自动推导出来的类型是int和double,但是T只能代表一个数据类型,这时候如果传入不同的数据类型,则会出错

2.模板必须要确定出T的数据类型,才可以使用

这个条件很容易解释,如果一个函数的参数无法确定参数,那么如何对其进行运行呢?

函数模板和普通函数区别

  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

我们还是同样的一条一条解释:

1.普通函数调用可以发生隐式类型转换

注意:这个类型转换不是传入的所有的都会转化为对应数据类型的参数,要看情况。

代码示例:

#include<iostream>
using namespace std;
//普通函数调用可以发生隐式类型转换int add(int a, int b)
{return a + b;
}
void test1()
{int a = 1;int b = 2;char c = 'c';cout << "a+b=" << add(a,b) << endl;//3cout << "a+c=" << add(a,c) << endl;//100
}
int main()
{test1();system("pause");return 0;
}

2.函数模板用自动类型推导,不可以发生隐式类型转换

当我们在上面的函数上添加一行代码template<class T>然后把所有int改为T,

就会发现,程序开始报错:

3.函数模板用显示指定类型,可以发生隐式类型转换

那函数模板可不可以发生隐形类型转换呢?——答案是可以

当我们使用显示指定类型,在函数调用时在函数名后面加上指定类型,

程序正常运行。

普通函数和函数模板的调用规则

函数模板和普通模板的调用规则一样吗?

当普通函数和函数模板都可以实现时,调用谁呢?如果调用其中一个,那么另一个该怎么去调用呢?可以强制调用另一个吗?

我们先写个代码来看一下:

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;template<class T>
T add(T a, T b)
{return a + b;
}
int add(int a, int b)
{return a + b + b;
}
void test1()
{int a = 1;int b = 2;cout << "a+b=" << add(a,b) << endl;//5
}
int main()
{test1();system("pause");return 0;
}

当函数模板和普通函数同时存在,而且传入参数都可以实现时,输出时,发现是——调用的是普通函数产生的结果。

由此产生第一条规则:

如果函数模板和普通函数都可以实现,优先调用普通函数

那如何在这种情况下调用函数模板呢?

——添加一个空模板参数列表<>


第二条规则:

可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板

当调用时,函数模板是较于普通函数更好的匹配,则优先调用函数模板:

例如:

第三条规则是:

如果函数模板可以产生更好的匹配,优先调用函数模板

第四条规则是:

函数模板也可以发生重载

总结:

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

⭐注意:实际开发中不会同时出现这两个函数——避免二义性

局限性

当自定义数据类型使用模板函数时,会出错,这是因为函数模板有一定的局限性,它无法去判断自定义数据类型如何通过模板工作,因此遇到这种情况,我们该如何解决这个局限性呢?

这里有两种方法:

1.运算符重载,把运算符重载后,函数模板就可以让自定义数据类型正常使用了,因为系统直到了如何应对这个自定义数据了

2.具体化这个函数模板:template<> 返回值  函数名(自定义数据类型   函数参数){函数体}

举例说明:

bool xd(person &p1, person &p2)
{
if (pl.m namep2.m name &&plmmagep2.m_age)
{
return true;
}
else
{
return false;
}
}

 一般情况来说,使用第二种较为方便

类模板

介绍完函数模板,下面来介绍类模板。

注意:

类模板没有自动类型推导使用方式
类模板在模板参数列表可以有默认参数

语法

还是先写template <class/typedef  T>

后面紧跟着类——为类模板

示例:

template<class A,class B>
class people
{
public:A m_age;B m_name;
};

类模板的成员函数创建时机

⭐对于类模板来说,它的成员函数是与一般类相比有所区别

——创建时机不一样
普通类中的成员函数——开始时就可以创建
类模板中的成员函数——在调用时才创建

类模板实例化对象

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;template<class T,class A>
class people
{
public:people(T age, A name){this->m_age = age;this->m_name = name;}T m_age;A m_name;
};void test1()
{people<int,string> a(12, "小红");
}
int main()
{test1();system("pause");return 0;
}

这么长的一段代码——其实重点就只有几行——

 

类名 <参数列表>  类对象名称(初始化内容);

类模板实例化对象做函数参数

当类模板对象作为函数参数时,如何传入,其注意事项有哪些?

这里先介绍传入方式——有三种
1.指定传入的类型⭐(一般用这个)
2.参数模板化 ---将对象中的参数变为模板进行传递
3.整个类模板化 ---将这个对象类型模板化进行传递

下面来用一段代码来解释一下

当创建一个输出函数,然后把这个对象传入时,发生了错误

而第一种方式是:加上参数列表

方法2:把这个参数变为模板传递

方法3:把这个传入的类模板化

完整代码:

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;template<class T,class A>
class people
{
public:people(T age, A name){this->m_age = age;this->m_name = name;}T m_age;A m_name;
};
//1.指定传入的类型
void out1(people<int,string> & a)
{cout << a.m_name << endl;cout << a.m_age  << endl;
}
//2.参数模板化-- - 将对象中的参数变为模板进行传递
template<class A1,class B1>
void out2(people<A1,B1> & a)
{cout << a.m_name << endl;cout << a.m_age << endl;
}//3.整个类模板化-- - 将这个对象类型模板化进行传递
template<class T>
void out3(T& a)
{cout << a.m_name << endl;cout << a.m_age << endl;
}
void test1()
{people<int,string> a(12, "小红");out1(a);out2(a);out3(a);
}
int main()
{test1();system("pause");return 0;
}

类模板成员类外实现

类模板成员是否可以实现类内声明,类外初始化呢?和普通函数一样,加上作用域就可以了吗?

答案是❌发生错误

这里分为两类函数讲解——构造函数和成员函数

构造函数:

解决方案如下:

普通成员函数:

如上,无论是哪一个,都需要先写template<默认参数列表>

然后函数都需要写上作用域,然后再在类名后加上<默认参数列表>

类模板分文件编写

在实际开发中通常会把声明和实现一个放在头文件,一个放在源文件,如果我们把类模板的实现和声明拿出来,放在people.h和people.cpp中,然后这个原本的代码加上#include“people.h”再次运行,是否可以达到想要的效果?

刚才我们谈到,类模板的创建时机和普通函数并不相同,只有在调用它的时候才会创建,而现在这个代码包含的是头文件——头文件只有声明无实现,编译器根本不知道函数实现的代码,因此错误。

那解决方案呢?

1.把包含的文件改成#include"people.cpp"

2.把people.h和people.cpp合并并命名为people.hpp

类模板和继承

当类模板遇到继承会发生怎样的反应?
1.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(因为子类继承了这个父类中的未知变量——T类型,分配内存需要知道需要的内存空间)
2.如果想灵活指定出父类中t的类型,子类也需变为类模板

当要继承的父类是类模板时,子类往往需要添加点代码:

指定父类中默认参数的类型,例如:在后面写下指定的类型

如果想要更加灵活的去定义继承中父类的,需要——把子类也要变成类模板

类模板和友元

当类模板碰上友元,如何让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

全局函数类内实现:

在函数前加一个friend 就可以访问私有权限的内容

类外实现:

这个需要先写类模板的声明,然后写该函数的实现,接着是类模板的实现

总结

模板是一种泛型编程思想的实现,它分为类模板和函数模板,这两个模板都需要使用一个关键字——template

最后感谢观看完毕,欢迎点赞收藏文章或者专栏,如有错误,还请大佬指出(*^_^*) 

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