C++复习笔记——泛型编程模板

01 模板

模板就是建立通用的模具，大大提高复用性；

02 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

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。

template<typename T>   <=>  template<class T>
函数声明或定义（同一个函数不能用多个函数模板）
//可以一次建立多个通用数据类型
template<typename T, typename T2>
void Insert_Sort_T(T* array, T2 size)

解释：
template — 声明创建模板
typename — 表面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

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

int a = 10;
int b = 20;
//利用模板实现交换
//1、自动类型推导
mySwap(a, b);
//2、显示指定类型
mySwap<int>(a, b);

模板的目的是为了提高复用性，将类型参数化
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
函数模板在自动推导时不可以进行隐式类型转换

//利用模板提供通用的交换函数
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); // 正确，可以推导出一致的T
//mySwap(a, c); // 错误，推导不出一致的T类型, 同时表明函数模板不可以进行隐式类型转换
}
// 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(); //错误，模板不能独立使用，必须确定出T的类型
func<int>(); //利用显示指定类型的方式，给T一个类型，才可以使用该模板
}
int main() {
test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}

函数模板与普通函数的区别以及调用规则

普通函数与函数模板区别：

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

//1 普通函数与函数模板区别
template<class T>
T myPlus(T a, T b)
{
	return a + b;
}
int myPlus2(int a, int b)
{
	return a + b;
}
void test01()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	char c = 'c'; // a = 97 
//	myPlus(a, c); //类型推导不出来 ,函数模板不可以进行隐式类型转换
	cout << myPlus<int>(a, c) << endl;//显式指定类型时 ,函数模板可以进行隐式类型转换
	cout << myPlus2(a, c) <<endl; // 10 + 99  普通函数 可以进行隐式类型转换
}

结果：
在这里插入图片描述

普通函数和函数模板的调用规则

如果出现重载优先使用普通函数调用,如果普通函数没有实现只声明时仍会优先使用普通函数调用，导致出现错误：无法解析
如果在普通函数和函数模板出现重载时，想强制调用模板 ，那么可以使用空参数列表

myPrint<>(a, b)

函数模板之间可以发生重载

template<class T> 
void myPrint(T a ,T b) 
template<class T> 
void myPrint(T a, T b ,T c)

如果在普通函数和函数模板出现重载时，若函数模板可以产生更好的匹配，那么优先调用函数模板

void myPrint(int a, int  b)
{
	cout << "普通函数调用 myPrint" << endl;
}
template<class T>
void myPrint(T a ,T b)
{
	cout << "模板调用的myPrint" << endl;
}

代码：

//2 、普通函数和函数模板的调用规则
template<class T>
void myPrint(T a ,T b)
{
	cout << "模板调用的myPrint" << endl;
}

template<class T>
void myPrint(T a, T b ,T c)
{
	cout << "模板调用的myPrint(a,b,c)" << endl;
}
void myPrint(int a, int  b)
{
	cout << "普通函数调用 myPrint" << endl;
}
void test02()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	//1 、如果出现重载  优先使用普通函数调用,如果没有实现，出现错误
	myPrint(a, b); //myPrint(int a, int  b)只声明未实现时仍会优先使用普通函数调用，导致出现错误：无法解析
	//2、 如果想强制调用模板 ，那么可以使用空参数列表
	myPrint<>(a, b);
	//3、 函数模板可以发生重载
	int c = 30;
	myPrint(a, b, c);
	//4、 如果函数模板可以产生更好的匹配，那么优先调用函数模板
	char c1 = 'c';
	char d = 'd';
	myPrint(c1, d);
}

结果：
在这里插入图片描述

模板的局限性以及解决

局限性
模板的通用性并不是万能的。对于某些特殊类型（数组、自定义类型）在函数模板内不能使用一些通用操作，导致出错

//数组
void f(T a, T b)
{
	a = b;
}
void test00() {
	int a1[1], a2[1];
	//a1 = a2;
	f(a1, a2);//未报错，传进去的是指针，避开了数组名是常量的限制
}
//自定义类型
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;
	}
	return false;
}
test：
	Person p1("Tom", 10);
	Person p2("Jerry", 10);
	int ret2 = myCompare(p1, p2);

结果：==运算符不能操作Person
在这里插入图片描述
解决办法：具体化
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，如果具体化能够优先匹配，那么就选择具体化
具体化语法：
template<> 返回值函数名<具体类型>(参数)

template<> bool myCompare(Person&a, Person &b)

/*通过第三代具体化自定义数据类型，解决上述问题
 如果具体化能够优先匹配，那么就选择具体化
 语法  template<> 返回值  函数名<具体类型>(参数)*/ 
template<> bool myCompare<Person>(Person &a, Person &b)
{
	if ( a.m_Age  == b.m_Age)
	{
		return true;
	}
	return false;
}

总结：

● 利用具体化的模板，可以解决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

03 类模板

类模板语法

//类声明或定义
template<typename T1, typename T2>

解释：

template — 声明创建模板
typename — 表面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

类模板与函数模板区别：

类模板可以有默认类型
template <class NameType, class AgeType = int> //类模板可以有默认类型
类模板必须显示指定类型使用，无法自动类型推导

//自动类型推导 ，类模板 不支持
	//Person p("孙悟空", 100);
	//显示指定类型
	Person<string, int> p("孙悟空", 100);

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

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
#include <string>
using namespace std;
//类模板
template <class NameType, class AgeType = int> //类模板可以有默认类型
class Person
{
public:
class Person1
{
public:
	void showPerson1()
	{
		cout << "Person1的调用" << endl;
	}
};
class Person2
{
public:
	void showPerson2()
	{
		cout << "Person2的调用" << endl;
	}
};
template<class T>
class myClass
{
public:
	T obj;
	void func1()
	{
		//类模板中成员函数一开始不会创建出来，而是在运行时才去创建
		//所以可以通过编译不报错
		obj.showPerson1();
	}
	void func2()
	{
		obj.showPerson2();//obj未确定，但可以通过编译不报错
	}
};
//类模板中成员函数 一开始不会创建出来，而是在运行时才去创建
void test02()
{
	myClass<Person1>m;
	m.func1();
	m.func2();//**可以通过编译不报错，但运行时报错："showPerson2": 不是 "Person1" 的成员**
}

总结：
类模板和函数模板语法相似，在声明模板template后面加类，此类称为类模板

类模板对象做函数参数

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

void doWork( Person<string ,int> & p )

参数模板化 — 将对象中的参数变为模板进行传递

template<class T1 ,class T2>
void doWork2(Person<T1, T2> & p)

整个类模板化 — 将这个对象类型模板化进行传递

template<class T>
void doWork3(T&p)

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

//类模板
template <class NameType, class AgeType = int> //类模板可以有默认类型
class Person
{
public:
	Person(NameType name, AgeType age)
	{
		this->m_Name = name;
		this->m_Age = age;
	}
	void showPerson()
	{
		cout << "姓名：" << this->m_Name << " 年龄： " << this->m_Age << endl;
	}
	NameType m_Name;
	AgeType m_Age;
};
//1  指定传入类型
void doWork( Person<string ,int> & p ) 
{
	p.showPerson();
}
void test01()
{
	Person <string, int> p("MT",10);
	doWork(p);
}
//2 参数模板化
template<class T1 ,class T2>
void doWork2(Person<T1, T2> & p)
{
	//如何查看类型
	cout << typeid(T1).name() << endl;
	cout << typeid(T2).name() << endl;
	p.showPerson();
}
void test02()
{
	Person <string, int> p("呆贼", 18);
	doWork2(p);
}
//3 整体模板化
template<class T>
void doWork3(T&p)
{
	cout << typeid(T).name() << endl;
	p.showPerson();
}
void test03()
{
	Person <string, int> p("劣人", 18);
	doWork3(p);
}
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，需要注意一下几点：

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

//class Son:public Base //错误，c++编译需要给子类分配内存，必须知道父类中T的类型才可以向下继承
class Son :public Base<int> //必须指定一个类型

如果想灵活指定出父类中T的类型，子类也需变为类模板
//类模板继承类模板 ,可以用T2指定父类中的T类型
template<class T1, class T2>
class Son2 :public Base
总结：
如果父类是类模板，子类需要指定出父类中T的数据类型。若想灵活指定父类中T的数据类型，子类也要变成类模板。

类模板实现注意事项

类模板成员函数类外实现
类模板中成员函数类外实现时，需要加上模板参数列表
#include
//类模板中成员函数类外实现

template<class T1, class T2>
class Person {
public:
//成员函数类内声明
Person(T1 name, T2 age);
void showPerson();
public:
T1 m_Name;
T2 m_Age;
};
//构造函数 类外实现
template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age) {
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}
//成员函数 类外实现
template<class T1, class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson() {
cout << "姓名: " << this->m_Name << " 年龄:" << this->m_Age << endl;
}
void test01()
{
Person<string, int> p("Tom", 20);
p.showPerson();
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}

类模板分文件编写

类模板中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：
● 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，并更改后缀名为.hpp，hpp是约定的名称，并不是强制
推荐使用.hpp文件

#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 << "姓名：" << this->m_Name << "  年龄：  " << this->m_Age << endl;
}

类模板与友元

全局友元函数的实现方式：
● 类内实现
全局函数类内实现 - 直接在类内声明友元即可
● 类外实现
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
类外实现步骤：
1、先做函数模板声明，下方再做函数模板定义，在做友元（函数类模板用到的类模板，则还得先做类声明）

//全局函数配合友元 类外实现 - 先做函数模板声明，下方在做函数模板定义，在做友元 
//函数类模板用到的类模板，则还得先做类声明
template<class T1, class T2> class Person; 
//如果声明了函数模板，可以将实现写到后面，否则需要将实现体写到类的前面让编译器提前看到 
template<class T1, class T2> void printPerson2(Person<T1,T2> & p)

2、类内声明友元函数是函数模板

//friend void printPerson2(Person<T1, T2>& p);//这是普通函数
friend void printPerson2<>(Person<T1, T2>& p);//要声明这是函数模板，否则无法链接函数模板的实现