模板就是通用的模具,可以大大的提高复用性,例如生活中的模板,一寸照片的模板:
PPT模板:
从上面也可以总结出模板的特点就是:
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。
语法:
template<typename T> 函数声明或定义
解释:
template — 声明创建模板
typename — 表明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
代码示例:
//交换整型函数 void swapInt(int& a, int& b) { int temp = a; a = b; b = temp; } //交换浮点型函数 void swapDouble(double& a, double& b) { double temp = a; a = b; b = temp; } //利用模板提供通用的交换函数 template<typename T> void mySwap(T& a, T& b) { T temp = a; a = b; b = temp; } void test01() { int a = 10; int b = 20; //swapInt(a, b); //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); cout << "a = " << a << endl; cout << "b = " << b << endl; } int main() { test01(); system("pause"); return 0; }
注意事项:
//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 } // 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; }
总结:
//交换的函数模板 template<typename T> void mySwap(T &a, T&b) { T temp = a; a = b; b = temp; } template<class T> // 也可以替换成typename //利用选择排序,进行对数组从大到小的排序 void mySort(T arr[], int len) { for (int i = 0; i < len; i++) { int max = i; //最大数的下标 for (int j = i + 1; j < len; j++) { if (arr[max] < arr[j]) { max = j; } } if (max != i) //如果最大数的下标不是i,交换两者 { mySwap(arr[max], arr[i]); } } } template<typename T> void printArray(T arr[], int len) { for (int i = 0; i < len; i++) { cout << arr[i] << " "; } cout << endl; } void test01() { //测试char数组 char charArr[] = "bdcfeagh"; int num = sizeof(charArr) / sizeof(char); mySort(charArr, num); printArray(charArr, num); } void test02() { //测试int数组 int intArr[] = { 7, 5, 8, 1, 3, 9, 2, 4, 6 }; int num = sizeof(intArr) / sizeof(int); mySort(intArr, num); printArray(intArr, num); } int main() { test01(); test02(); system("pause"); return 0; }
总结:模板可以提高代码复用,需要熟练掌握
普通函数与函数模板区别:
//普通函数 int myAdd01(int a, int b) { return a + b; } //函数模板 template<class T> T myAdd02(T a, T b) { return a + b; } //使用函数模板时,如果用自动类型推导,不会发生自动类型转换,即隐式类型转换 void test01() { int a = 10; int b = 20; char c = 'c'; cout << myAdd01(a, c) << endl; //正确,将char类型的'c'隐式转换为int类型 'c' 对应 ASCII码 99 //myAdd02(a, c); // 报错,使用自动类型推导时,不会发生隐式类型转换 myAdd02<int>(a, c); //正确,如果用显示指定类型,可以发生隐式类型转换 } int main() { test01(); system("pause"); return 0; }
总结:建议使用显示指定类型的方式,调用函数模板,因为可以自己确定通用类型T
调用规则如下:
示例:
//普通函数与函数模板调用规则 void myPrint(int a, int b) { cout << "调用的普通函数" << endl; } template<typename T> void myPrint(T a, T b) { cout << "调用的模板" << endl; } template<typename T> void myPrint(T a, T b, T c) { cout << "调用重载的模板" << endl; } void test01() { //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 // 注意 如果告诉编译器 普通函数是有的,但只是声明没有实现,或者不在当前文件内实现,就会报错找不到 int a = 10; int b = 20; myPrint(a, b); //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 myPrint<>(a, b); //调用函数模板 //3、函数模板也可以发生重载 int c = 30; myPrint(a, b, c); //调用重载的函数模板 //4、 如果函数模板可以产生更好的匹配,优先调用函数模板 char c1 = 'a'; char c2 = 'b'; myPrint(c1, c2); //调用函数模板 } int main() { test01(); system("pause"); return 0; }
总结:既然提供了函数模板,最好就不要提供普通函数,否则容易出现二义性
局限性:
template<class T> void f(T a, T b) { a = b; }
在上述代码中提供的赋值操作,如果传入的a和b是一个数组,就无法实现了
再例如:
template<class T> void f(T a, T b) { if(a > b) { ... } }
在上述代码中,如果T的数据类型传入的是像Person这样的自定义数据类型,也无法正常运行
因此C++为了解决这种问题,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
示例:
#include<iostream> using namespace std; #include <string> class Person { public: Person(string name, int age) { this->m_Name = name; this->m_Age = age; } string m_Name; int m_Age; }; //普通函数模板 template<class T> bool myCompare(T& a, T& b) { if (a == b) { return true; } else { return false; } } //具体化,显示具体化的原型和定意思以template<>开头,并通过名称来指出类型 //具体化优先于常规模板 template<> bool myCompare(Person &p1, Person &p2) { if ( p1.m_Name == p2.m_Name && p1.m_Age == p2.m_Age) { return true; } else { return false; } } void test01() { int a = 10; int b = 20; //内置数据类型可以直接使用通用的函数模板 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); //自定义数据类型,不会调用普通的函数模板 //可以创建具体化的Person数据类型的模板,用于特殊处理这个类型 bool ret = myCompare(p1, p2); if (ret) { cout << "p1 == p2 " << endl; } else { cout << "p1 != p2 " << endl; } } int main() { test01(); test02(); system("pause"); return 0; }
总结:
类模板作用:
template<typename T> 类
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
示例:
#include <string> //类模板 template<class NameType, class AgeType> class Person { public: Person(NameType name, AgeType age) { this->mName = name; this->mAge = age; } void showPerson() { cout << "name: " << this->mName << " age: " << this->mAge << endl; } public: NameType mName; AgeType mAge; }; void test01() { // 指定NameType 为string类型,AgeType 为 int类型 Person<string, int>P1("孙悟空", 999); P1.showPerson(); } int main() { test01(); system("pause"); return 0; }
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
类模板与函数模板区别主要有两点:
#include <string> //类模板 template<class NameType, class AgeType = int> class Person { public: Person(NameType name, AgeType age) { this->mName = name; this->mAge = age; } void showPerson() { cout << "name: " << this->mName << " age: " << this->mAge << endl; } public: NameType mName; AgeType mAge; }; //1、类模板没有自动类型推导的使用方式 void test01() { // Person p("孙悟空", 1000); // 错误 类模板使用时候,不可以用自动类型推导 Person <string ,int>p("孙悟空", 1000); //必须使用显示指定类型的方式,使用类模板 p.showPerson(); } //2、类模板在模板参数列表中可以有默认参数 void test02() { Person <string> p("猪八戒", 999); //类模板中的模板参数列表 可以指定默认参数 p.showPerson(); } int main() { test01(); test02(); system("pause"); return 0; }
总结:
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:
class Person1 { public: void showPerson1() { cout << "Person1 show" << endl; } }; class Person2 { public: void showPerson2() { cout << "Person2 show" << endl; } }; template<class T> class MyClass { public: T obj; //类模板中的成员函数,并不是一开始就创建的,而是在模板调用时再生成 void fun1() { obj.showPerson1(); } void fun2() { obj.showPerson2(); } }; void test01() { MyClass<Person1> m; m.fun1(); //m.fun2();//编译会出错,说明函数调用才会去创建成员函数 } int main() { test01(); system("pause"); return 0; }
总结:类模板中的成员函数并不是一开始就创建的,在调用时才去创建
学习目标:
#include <string> //类模板 template<class NameType, class AgeType = int> class Person { public: Person(NameType name, AgeType age) { this->mName = name; this->mAge = age; } void showPerson() { cout << "name: " << this->mName << " age: " << this->mAge << endl; } public: NameType mName; AgeType mAge; }; //1、指定传入的类型 void printPerson1(Person<string, int> &p) { p.showPerson(); } void test01() { Person <string, int >p("孙悟空", 100); printPerson1(p); } //2、参数模板化 template <class T1, class T2> void printPerson2(Person<T1, T2>&p) { p.showPerson(); cout << "T1的类型为: " << typeid(T1).name() << endl; cout << "T2的类型为: " << typeid(T2).name() << endl; } void test02() { Person <string, int >p("猪八戒", 90); printPerson2(p); } //3、整个类模板化 template<class T> void printPerson3(T & p) { cout << "T的类型为: " << typeid(T).name() << endl; p.showPerson(); } void test03() { Person <string, int >p("唐僧", 30); printPerson3(p); } int main() { test01(); test02(); test03(); system("pause"); return 0; }
总结:
示例:
template<class T> class Base { T m; }; //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 { }; void test01() { Son c; } //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<T2> { public: Son2() { cout << typeid(T1).name() << endl; cout << typeid(T2).name() << endl; } }; void test02() { Son2<int, char> child1; } int main() { test01(); test02(); system("pause"); return 0; }
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
学习目标:能够掌握类模板中的成员函数类外实现
示例:
#include <string> //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; }
总结:类模板中成员函数类外实现时,需要加上模板参数列表
学习目标:
问题:
解决:
示例:
person.hpp中代码:
#pragma once #include <iostream> using namespace std; #include <string> template<class T1, class T2> class Person { public: 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; }
类模板分文件编写.cpp中代码
#include<iostream> using namespace std; //#include "person.h" #include "person.cpp" //解决方式1,包含cpp源文件 //解决方式2,将声明和实现写到一起,文件后缀名改为.hpp #include "person.hpp" void test01() { Person<string, int> p("Tom", 10); p.showPerson(); } int main() { test01(); system("pause"); return 0; }
总结:主流的解决方式是第二种,将类模板成员函数写到一起,并将后缀名改为.hpp
学习目标:
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
示例:
#include <string> //2、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 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); template<class T1, class T2> void printPerson2(Person<T1, T2> & p) { cout << "类外实现 ---- 姓名: " << p.m_Name << " 年龄:" << p.m_Age << endl; } template<class T1, class T2> class Person { //1、全局函数配合友元 类内实现 friend void printPerson(Person<T1, T2> & p) { cout << "姓名: " << p.m_Name << " 年龄:" << p.m_Age << endl; } //全局函数配合友元 类外实现 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; }; //1、全局函数在类内实现 void test01() { Person <string, int >p("Tom", 20); printPerson(p); } //2、全局函数在类外实现 void test02() { Person <string, int >p("Jerry", 30); printPerson2(p); } int main() { //test01(); test02(); system("pause"); return 0; }
总结:建议全局函数做类内实现,用法简单,而且编译器可以直接识别
案例描述: 实现一个通用的数组类,要求如下:
示例:
myArray.hpp中代码
#pragma once #include <iostream> using namespace std; template<class T> class MyArray { public: //构造函数 MyArray(int capacity) { this->m_Capacity = capacity; this->m_Size = 0; pAddress = new T[this->m_Capacity]; } //拷贝构造 MyArray(const MyArray & arr) { this->m_Capacity = arr.m_Capacity; this->m_Size = arr.m_Size; this->pAddress = new T[this->m_Capacity]; for (int i = 0; i < this->m_Size; i++) { //如果T为对象,而且还包含指针,必须需要重载 = 操作符,因为这个等号不是 构造 而是赋值, // 普通类型可以直接= 但是指针类型需要深拷贝 this->pAddress[i] = arr.pAddress[i]; } } //重载= 操作符 防止浅拷贝问题 MyArray& operator=(const MyArray& myarray) { if (this->pAddress != NULL) { delete[] this->pAddress; this->m_Capacity = 0; this->m_Size = 0; } this->m_Capacity = myarray.m_Capacity; this->m_Size = myarray.m_Size; this->pAddress = new T[this->m_Capacity]; for (int i = 0; i < this->m_Size; i++) { this->pAddress[i] = myarray[i]; } return *this; } //重载[] 操作符 arr[0] T& operator [](int index) { return this->pAddress[index]; //不考虑越界,用户自己去处理 } //尾插法 void Push_back(const T & val) { if (this->m_Capacity == this->m_Size) { return; } this->pAddress[this->m_Size] = val; this->m_Size++; } //尾删法 void Pop_back() { if (this->m_Size == 0) { return; } this->m_Size--; } //获取数组容量 int getCapacity() { return this->m_Capacity; } //获取数组大小 int getSize() { return this->m_Size; } //析构 ~MyArray() { if (this->pAddress != NULL) { delete[] this->pAddress; this->pAddress = NULL; this->m_Capacity = 0; this->m_Size = 0; } } private: T * pAddress; //指向一个堆空间,这个空间存储真正的数据 int m_Capacity; //容量 int m_Size; // 大小 };
类模板案例—数组类封装.cpp中
#include "myArray.hpp" #include <string> void printIntArray(MyArray<int>& arr) { for (int i = 0; i < arr.getSize(); i++) { cout << arr[i] << " "; } cout << endl; } //测试内置数据类型 void test01() { MyArray<int> array1(10); for (int i = 0; i < 10; i++) { array1.Push_back(i); } cout << "array1打印输出:" << endl; printIntArray(array1); cout << "array1的大小:" << array1.getSize() << endl; cout << "array1的容量:" << array1.getCapacity() << endl; cout << "--------------------------" << endl; MyArray<int> array2(array1); array2.Pop_back(); cout << "array2打印输出:" << endl; printIntArray(array2); cout << "array2的大小:" << array2.getSize() << endl; cout << "array2的容量:" << array2.getCapacity() << endl; } //测试自定义数据类型 class Person { public: Person() {} Person(string name, int age) { this->m_Name = name; this->m_Age = age; } public: string m_Name; int m_Age; }; void printPersonArray(MyArray<Person>& personArr) { for (int i = 0; i < personArr.getSize(); i++) { cout << "姓名:" << personArr[i].m_Name << " 年龄: " << personArr[i].m_Age << endl; } } void test02() { //创建数组 MyArray<Person> pArray(10); Person p1("孙悟空", 30); Person p2("韩信", 20); Person p3("妲己", 18); Person p4("王昭君", 15); Person p5("赵云", 24); //插入数据 pArray.Push_back(p1); pArray.Push_back(p2); pArray.Push_back(p3); pArray.Push_back(p4); pArray.Push_back(p5); printPersonArray(pArray); cout << "pArray的大小:" << pArray.getSize() << endl; cout << "pArray的容量:" << pArray.getCapacity() << endl; } int main() { //test01(); test02(); system("pause"); return 0; }
总结:
能够利用所学知识点实现通用的数组