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01章-模板--C++提高編程知識學習筆記

2022-09-14 06:11:27 後端開發

1 模板

1.1 模板的概念

模板就是建立通用的模具，大大提高復用性

1.2 函式模板

  • C++另一種編程思想稱為泛型函式，主要利用的技術就是模板
  • C++提供兩種模板機制：函式模板和類模板

1.2.1 函式模板語法

模板函式作用：

建立一個通用函式，其函式回傳值型別和形參型別可以不具體指定，用一個虛擬的型別來代表

語法：

template<typename T>
函式宣告或定義

解釋：

template --- 宣告創建模板

typename --- 表面其后面的符號是一種資料型別，可以用class代替

T --- 通用的資料型別，名稱可以替換，通常為大寫字母

示例；

#include<iostream>
using namespace std;

//函式模板

//兩個整數交換函式
void swapInt(int& a, int& b)
{
	int temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

//交換兩個浮點型的函式
void swapDouble(double& a, double& b)
{
	double temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

void test01()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	swapInt(a, b);
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;

	double c = 1.1;
	double d = 2.2;
	swapDouble(c, d);
	cout << "c = " << c << endl;
	cout << "d = " << d << endl;
}

//函式模板
template <typename T>//宣告一個模板告訴編譯器后面代碼中緊跟著的T不要報錯，T是一個通用的資料型別
void mySwap(T& a, T& b)
{
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

void test02()
{
	int a = 10;
	int b = 20;

	//1、自動型別推導
	mySwap(a, b);

	//2、顯示指定型別
	mySwap<int>(a, b);
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
}

int main()
{
	test01();

	test02();

	system("pause");
	return 0;
}

1.2.2 函式模板注意事項

注意事項：

  • 自動型別推導，必須推匯出一致的函式型別T，才可以使用
  • 模板必須要確定出T的資料型別，才可以使用

示例：

#include<iostream>
using namespace std;

//函式模板注意事項

//template<typename T> // typename可以替換成calss

template<class T>
void mySwap(T& a, T& b)
{
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

//1、自動型別推導，必須推匯出一致的資料型別T才可以使用
void test01()
{
	int a = 10;
	int b = 20;

	char c = 'c';

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

	//mySwap(a, c);//報錯,無法推匯出一致的資料型別

}

//2、模板必須要確定出T的資料型別，才可以使用
template<class T>
void func()
{
	cout << "func 呼叫" << endl;
}

void test02()
{
	func<int>();//隨便給一個資料型別就能呼叫func模板函式了
}

int main()
{
	test01();
	test02();
	system("pause");
	return 0;
}

1.2.3 函式模板案例

案例描述：

  • 利用函式模板封裝成一個排序的函式，可以對不同資料型別陣列進行排序
  • 排序規則從大到小，排序演算法為選擇排序
  • 分別利用char陣列和int陣列進行測驗

示例：

#include <iostream>
using namespace std;

//實作通用 對陣列進行排序的函式
//規則 從大到小
//演算法 選擇
//測驗 char 陣列，int 陣列

//交換函式模板
template<class T>
void mySwap(T& a, T& b)
{
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

//排序演算法
template<class T>
void mySort(T arr[], int len)
{
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		int max = i;//認定最大值下標
		for (int j = i + 1; j < len; j++)
		{
			//認定的最大值比遍歷出的數值要小，說明j下標的元素才是真正的最大值
			if (arr[max] < arr[j])
			{
				max = j;//更新最大值下標
			}
		}
		if (max != i)
		{
			//交換max和i元素
			mySwap(arr[max], arr[i]);
		}
	}
}

//列印陣列的模板
template<class T>
void printArray(T arr[], int len)
{
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		cout << "arr中的第" << i << "元素 = " << arr[i] << endl;
	}
}
void test01()
{
	//測驗char陣列
	char charArr[] = "badcfe";
	
	int num = sizeof(charArr) / sizeof(char);
	mySort(charArr, num);
	printArray(charArr, num);

}

void test02()
{
	//測驗int陣列
	int intArr[] = { 7,5,1,3,10,2,4,7,9 };

	int num = sizeof(intArr) / sizeof(int);

	mySort(intArr, num);
	printArray(intArr, num);
}

int main()
{
	test01();

	test02();

	system("pause");
	return 0;
}

1.2.4 普通函式與函式模板的區別

普通函式與函式模板區別：

  • 普通函式呼叫時可以發生自動型別轉換（隱式型別轉換）
  • 函式模板呼叫時，如果利用自動型別推導，不會發生隱式型別轉換
  • 如果利用顯示指定型別的方式，可以發生隱式型別轉換

示例：

#include <iostream>
using namespace std;

//普通函式與函式模板的區別

//1、普通函式呼叫可以發生隱式型別轉換
//2、函式模板 用自動型別推導，不可以發生隱式型別轉換
//3、函式模板 用顯示指定型別，可以發生隱式型別轉換

//普通函式
int myAdd01(int a, int b)
{
	return a + b;
}

//函式模板
template<class T>
T myAdd02(T a, T b)
{
	return a + b;
}

void test01()
{
	int a = 10;
	int b = 20;

	char  c = 'c'; //c - 99

	cout << myAdd01(a, c) << endl;

	//自動型別推導
	//cout << myAdd02(a, c) << endl;//報錯，函式模板不可以發生隱式型別轉換

	//顯示指定型別
	cout << myAdd02<int>(a, c) << endl;//明確型別，正確
}

int main()
{
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

1.2.5 普通函式與函式模板的呼叫規則

呼叫規則如下：

  • 如果函式模板和普通函式可以實作，優先呼叫普通函式
  • 可以通過空模板引數串列來強調函式模板
  • 函式模板也可以發生多載
  • 如果函式模板可以產生更好的匹配優先呼叫函式模板

示例：

#include<iostream>
using namespace std;

//普通函式與函式模板呼叫規則
//1、如果函式模板和普通函式都可以呼叫，優先呼叫普通函式
//2、可以通過空模板引數串列 強制呼叫 函式模板
//3、函式模板可以發生函式多載
//4、如果函式模板可以產生更好的匹配，優先呼叫函式模板

void myPrint(int a, int b)//如果只有宣告，沒有函式實作，就會報錯，還是優先呼叫普通函式
{
	cout << "呼叫普通函式" << endl;
}

template<class T>
void myPrint(T a, T b)
{
	cout << "呼叫模板" << endl;
}

template<class T>
void myPrint(T a, T b,T c)
{
	cout << "呼叫多載的模板" << endl;
}

void test01()//優先呼叫普通函式
{
	int a = 10;
	int b = 10;
	myPrint(a, b);//呼叫普通函式

	//通過空模板的引數串列，強制呼叫函式模板
	myPrint<>(a, b);//呼叫函式模板

	myPrint(a, b, 100);//呼叫多載函式模板

	//如果函式模板產生更好的匹配，優先呼叫函式模板
	char c1 = 'a';
	char c2 = 'b';
	myPrint(c1, c2);//呼叫函式模板

}

int main()
{
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

總結：既然提供了函式模板，最好就不要提供普通函式了，容易產生二義性，實際開發中這樣子意義不大，

1.2.6 模板的局限性

局限性：

  • 模板的通用性并不是萬能的

例如

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

在上述代碼中提供了賦值操作，如果傳入a和b是一個陣列，就無法實作了，

再例如

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

在上述代碼中，如果T的資料型別傳入的是像Person的自定義資料型別，也是無法正常運行的，

因此為了解決這類問題，提供模板的多載，可以為這些特定的型別提供具體化的模板

示例：

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

//模板的局限性
//模板并不是萬能的，有些特定的資料型別，需要用具體化的方式做實作

//對比兩個資料型別是否相等函式

class Person
{
public:
	Person(string name, int age)
	{
		this->m_Age = age;
		this->m_Name = name;
	}
	string m_Name;
	int m_Age;
};

template<class T>
bool myCompare(T& a, T& b)
{
	if (a == b)
	{
		return true;
	}
	else
	{
		return false;
	}
}

//利用具體化的Person的版本實作代碼，具體化優先呼叫
template<> bool myCompare(Person& p1, Person& p2)
{
	if (p1.m_Age == p2.m_Age && p1.m_Name == p2.m_Name)
	{
		return true;
	}
	else
	{
		return false;
	}
}

void test01()
{
	int a = 10;
	int b = 20;

	bool ret = myCompare(a, b);

	if (ret)
	{
		cout << "a == b" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "a != b" << endl;	
	}
}

void test02()
{
	Person p1("Tom", 10);
	Person p2("Tom", 10);

	bool ret = myCompare(p1, p2);

	if (ret)
	{
		cout << "p1 == p2" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "p1 != p2" << endl;
	}

}

int main()
{
	test01();
	
	test02();

	system("pause");
	return 0;
}

總結：

  • 利用具體化的模板，可以解決自定義型別的通用化
  • 學習模板并不是為了寫模板，而是在STL能夠運用系統提供的模板

1.3 類模板

1.3.1 類模板語法

類模板作用：

  • 建立一個通用類，類中成員資料型別可以不具體指定，用一個虛擬的型別來代表

語法：

template<typname T>
類

解釋：

template --- 宣告創建模板

typename --- 表明其后面的符號是一種資料型別，可以用class代替

T --- 通用的資料型別，名稱可以替換，通常為大寫字母

示例：

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
//類模板
template<class NameType, class AgeType>

class Person
{
public:
	Person(NameType name, AgeType age)
	{
		this->m_Name = name;
		this->m_Age = age;
	}
	NameType m_Name;
	AgeType m_Age;
	void showPerson()
	{
		cout << "name: " << this->m_Name << " age: " << this->m_Age << endl;
	}
};

void test01()
{
	Person<string, int>p1("孫悟空", 999);
	p1.showPerson();
}

int main()
{
	test01();
	system("pause");
	return 0;
}

1.3.2 類模板與函式模板區別

類模板與函式模板區別主要有兩點：

  1. 類模板沒有自動型別推導的使用方式
  2. 類模板在模板引數串列中可以有模板引數

示例：

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

//類模板與函式模板區別
template<class NameType, class AgeType = int>
class Person
{
public:
	Person(NameType name, AgeType age)
	{
		this->m_Name = name;
		this->m_Age = age;
	}
	NameType m_Name;
	AgeType m_Age;
	void showPerson()
	{
		cout << "name: " << this->m_Name << " age: " << this->m_Age << endl;
	}
};

//1、類模板沒有自動型別推導使用方式
void test01()
{
	//Person p("孫悟空",999)//錯誤，無法用自動型別推導
	Person<string, int>p("孫悟空", 999);
	p.showPerson();
}
//2、類模板在模板引數串列中可以有默認引數
void test02()
{
	Person<string>p("豬八戒", 1000);
	p.showPerson();
}

int main()
{
	test01();
	test02();
	system("pause");
	return 0;
}

1.3.3 類模板中成員函式創建時機

類模板中成員函式和普通類中成員函式創建時機是有去別的：

  • 普通類中的成員函式一開始就可以創建
  • 類模板中的成員函式在呼叫時才創建

示例

#include<iostream>
using namespace std;

//類模板中成員函式創建時機
//類模板中成員函式在呼叫時才去創建

class Pesrson1
{
public:
	void showPerson1()
	{
		cout << "Person1 show!" << endl;
	}
};

class Pesrson2
{
public:
	void showPerson2()
	{
		cout << "Person2 show!" << endl;
	}
};

template<class T>
class MyClass
{
public:
	T obj;

	//類模板中的成員函式//是在 被呼叫時候才會創建的，需要確認是什么成員函式型別之后才能被呼叫，不然呼叫不出來，
	void func1()
	{
		obj.showPerson1();
	}
	void func2()
	{
		obj.showPerson2();
	}
};

void test01()
{
	MyClass<Pesrson1> m;
	m.func1();
	//m.func2();
}

int main()
{
	test01();
	system("pause");
	return 0;
}

總結：類模板中的成員函式不是一開始就創建的，在呼叫時才去創建的，

1.3.4 類模板物件做函式引數

學習目標：

  • 類模板實體化出的物件，向函式傳參的方式

一共有三種傳入方式：

  1. 指定傳入的型別 --- 直接顯示物件的資料型別
  2. 引數模板化 --- 將物件中的引數變為模板進行傳遞
  3. 整個類模板化 --- 將整個物件型別 模板化進行傳遞

示例：

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

//類模板物件做函式引數

template<class T1, class T2>
class Person
{
public:
	Person(T1 name, T2 age)
	{
		this->m_Name = name;
		this->m_Age = age;

	}
	void showPerson()
	{
		cout << "姓名：" << this->m_Name << " 年齡：" << this->m_Age << endl;
	}
	T1 m_Name;
	T2 m_Age;
};

//1、指定傳入型別 //最常用
void printPerson1(Person<string,int>&p)
{
	p.showPerson();
}

void test01()
{
	Person<string, int>p("孫悟空", 100);
	printPerson1(p);
}

//2、將引數模板化
template<class T1, class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2>& p)
{
	p.showPerson();
	cout << "T1 的型別為：" << typeid(T1).name() << endl;
	cout << "T2 的型別為：" << typeid(T2).name() << endl;
}
void test02()
{
	Person<string, int>p("豬八戒", 1000);
	printPerson2(p);
}
//3、整個類模板化
template<class T>
void printPerson3(T& p)
{
	p.showPerson();
}

void test03()
{
	Person<string, int>p("唐僧", 30);
	printPerson3(p);
}

int main()
{
	test01();
	test02();
	test03();
	system("pause");
	return 0;
}

總結：

  • 通過類模板創建的物件，可以有三種方式向函式中進行傳參
  • 比較廣泛使用的方式是指定傳入型別

1.3.5 類模板與繼承

當類模板碰到繼承時，需要注意以下幾點：

  • 當子類繼承的父類是一個類模板時，子類在宣告的時候，要指定出父類中T的型別
  • 如果不指定，編譯器無法給子類分配記憶體
  • 如果想靈活指定出父類中T的型別，子類也需變為類模板

示例：

#include<iostream>
using namespace std;

//類模板與繼承
template<class T>
class Base
{
	T m;
};

//class Son :public Base//錯誤，必須知道父類中的T型別，才能繼承子類
class Son:public Base<int>
{

};

void test01()
{
	Son s1;
}

//如果想要靈活的指定父類中T的型別，子類也需要邊類模板
template<class T1, class T2>
class Son2 :public Base<T2>
{
	T1 obj;
};

void test02()
{
	Son2<int, char>S2;

}

int main()
{
	test01();

	test02();
	system("pause");
	return 0;
}

1.3.6 類模板成員函式類外實作

學習目標：能夠掌握類模板中的成員函式類外實作

示例：

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
//類模板成員函式類外實作
template<class T1, class T2>
class Person
{
public:
	Person(T1 name, T2 age);
//	Person(T1 name, T2 age)
//	{
//		this->m_Name = name;
//		this->m_Age = age;
//	}
	
	void showPerson();
	//{
	//	cout << "姓名： " << m_Name << " 年齡：" << m_Age << endl;
	//}

	T1 m_Name;
	T2 m_Age;
};


//建構式的類外實作
template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age)
{
	this->m_Name = name;
	this->m_Age = age;
}

//成員函式類外實作
template<class T1 ,class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson()
{
	cout << "姓名： " << m_Name << " 年齡：" << m_Age << endl;
}

void test01()
{
	Person<string, int>p("Tom", 20);
	p.showPerson();
}

int main()
{
	test01();
	system("pause");
	return 0;
}

總結：類模板中成員函式類外實作時，需要加上模板引數串列

1.3.7 類模板分檔案撰寫

學習目標：

  • 掌握類模板成員函式分檔案撰寫產生的問題以及解決方式

問題：

  • 類模板中成員函式創建時機是在呼叫階段，導致份檔案撰寫時鏈接不到

解決：

  • 解決方式1：直接包含.cpp源檔案
  • 解決方式2：將宣告和實作卸載同一個檔案中，并更改后綴為.hpp，hpp是約定的名稱，并不是強制

創建.hpp

示例：

#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_Age = age;
	this->m_Name = name;
}

template<class T1, class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson()
{
	cout << "姓名：" << this->m_Name << " 年齡：" << this->m_Age << endl;
}

cpp

#include<iostream>
#include<string >
using namespace std;
#include"person.hpp"

//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_Age = age;
//	this->m_Name = name;
//}
//
//template<class T1, class T2>
//void Person<T1, T2>::showPerson()
//{
//	cout << "姓名：" << this->m_Name << " 年齡：" << this->m_Age << endl;
//}
// 

//2、解決方法 將.h和.cpp內容寫在一起，將后綴名改為.hpp檔案


void test01()
{
	Person<string, int>p("Jerry", 18);
	p.showPerson();
}
int main()
{
	test01();
	system("pause");
	return 0;
}

1.3.8 類模板與友元

學習目標：

  • 掌握類模板配合友元函式的類內和類外實作

全域函式類內實作-直接在類內宣告友元即可

全域函式類外實作-需要提前讓編譯器知道全域函式的存在

示例：

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

//提前讓編譯器知道類模板
template<class T1, class T2>
class Person;
//類外實作
template<class T1, class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2>p)
{
	cout << "類外實作：" << "姓名:" << p.m_Name << " 年齡：" << p.m_Age << endl;
}

//通過全域函式 列印Person資訊

template<class T1, class T2>
class Person
{
	// 全域函式 類內實作
	friend void printPerson(Person<T1, T2>p)
	{
		cout << "姓名:" << p.m_Name << " 年齡：" << p.m_Age << endl;
	}

	//全域函式 類外實作
	//加空引數串列
	//如果全域函式是類外實作需要讓編譯器提前知道這個類模板的存在
	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;
};



void test01()
{
	Person<string, int>p("Tom", 20);
	printPerson(p);
}


void test02()
{
	Person<string, int>p ("Jerry", 20);
	printPerson2(p);
}

int main()
{
	test01();
	test02();
	system("pause");
	return 0;
}

總結：建議全域函式做類內實作，用法簡單，而且編譯器可以直接識別

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  • 例外宣告

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  • UVA11610 【Reverse Prime】

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  • 統計區間素數數量

    1 #pragma GCC optimize(2) 2 #include <bits/stdc++.h> 3 using namespace std; 4 bool isprime[1000000010]; 5 vector<int> prime; 6 inline int getlist(int ......

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    1、C中的const 1、區域const變數存放在堆疊區中，會分配記憶體（也就是說可以通過地址間接修改變數的值）。測驗代碼如下： 運行結果： 2、全域const變數存放在只讀資料段（不能通過地址修改，會發生寫入錯誤）， 默認為外部聯編，可以給其他源檔案使用（需要用extern關鍵字修飾） 運行結果： ......

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  • 【C++犯錯記錄】VS2019 MFC添加資源不懂如何修改資源宏ID

    1. 首先在資源視圖中，添加資源 2. 點擊新添加的資源，復制自動生成的ID 3. 在解決方案資源管理器中找到Resource.h檔案，編輯，使用整個專案搜索和替換的方式快速替換 宏宣告 4. Ctrl+Shift+F 全域搜索，點擊查找全部，然后逐個替換 5. 為什么使用搜索替換而不使用屬性視窗直 ......

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  • 【C++犯錯記錄】VS2019 MFC不懂的批量添加資源

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