【C++】模版初阶+STL简介

news2024/9/21 4:38:28

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前言
💥1、函数模版
- 💥1.1 函数模板概念
- 💥1.2 函数模板格式
- 💥1.3 函数模板的原理
- 💥1.4函数模版实例化
- 💥1.5模版参数的匹配原则
💥2、类模版
- 💥2.1类模版的定义格式
- 💥2.2类模板的实例化
💥3、STL简介
- 💥3.1 什么是STL
- 💥3.2 STL的版本
- 💥3.3 STL六大组件
- 💥3.4如何学习STL
总结

前言

如果有一个模具，通过给这个模具中填充不同材料(类型)，来获得不同
材料的铸件(生成具体类型的代码），那我们将会方便很多。
泛型编程：允许函数和数据结构使用任何数据类型，而不需要为每种数据类型编写重复的代码。模板是泛型编程的基础。

💥1、函数模版

💥1.1 函数模板概念

函数模板代表了一个函数家族，该函数模板与类型无关，在使用时被参数化，根据实参类型产生函数的特定类型版本。

💥1.2 函数模板格式

template<class / typename T1,......,class / typename Tn>
typename用来定义模板参数关键字，也可以使用class，typename更贴切，但class更常见。
以交换函数为例：

template<class T>
void Swap(T& x, T& y)
{
	T z = x;
	x = y;
	y = z;
}

💥1.3 函数模板的原理

函数模板是一个蓝图，它本身并不是函数，是编译器使用方式产生特定具体类型函数的模具。所以其实模板就是将本来应该我们做的重复的事情交给了编译器。
在这里插入图片描述

在编译器编译阶段，对于模板函数的使用，编译器需要根据传入的实参类型来推演生成对应类型的函数以供调用。
比如：当用double类型使用函数模板时，编译器通过对实参类型的推演，将T确定为double类型，然后产生一份专门处理double类型的代码。

💥1.4函数模版实例化

用不同类型的参数使用函数模板时，称为函数模板的实例化。模板参数实例化分为：隐式实例化和显式实例化。

隐式实例化：编译器根据实参推演模板参数的实际类型

template<class T>
T Add(const T& x, const T& y)
{
	return x + y;
}

int main()
{
	int a1 = 1;
	int a2 = 2;
	double d1 = 1.1;
	double d2 = 2.2;
	Add(a1, a2);
	Add(d1, d2);
	
	return 0;
}

显示实例化：在函数明后的<>中指定模版参数的实际类型

template<class T>
T Add(const T& x, const T& y)
{
	return x + y;
}

int main()
{
	int a = 1;
	double d = 1.1;
	Add<int>(a, d);
	Add<double>(a, d);

	return 0;
}

如果类型不同：

template<class T>
T Add(const T& x, const T& y)
{
	return x + y;
}

int main()
{
	//编译错误
	//编译器无法确定此处到底该将T确定为int 或者 double类型而报错
	//Add(a1, d2);

	Add(a1, (int)d2);//强转
	Add<int>(a1, d2);//显示实例化
}

💥1.5模版参数的匹配原则

一个非模版函数可以和一个同名的函数模版同时存在，而且该函数模版还可以被实例化为这个非模版函数

#include <iostream>
using namespace std;

//专门处理int的加法函数
int Add(const int& x, const int& y)
{
	return x + y;
}

//通用加法函数
template<class T>
T Add(const T& x, const T& y)
{
	return x + y;
}

int main()
{
	Add(1, 2);//与非模版函数匹配，编译器不需要特化
	Add<int>(1, 2);//调用编译器特化的Add版本
	return 0;
}

对于非模版函数和同名函数模版，如果其他条件都相同，在调动时会优先调用非模版函数而不会从模版产生一个实例。如果模版可以产生一个具有更好匹配的函数，那么将选择模版

#include <iostream>
using namespace std;

//专门处理int的加法函数
int Add(const int& x, const int& y)
{
	return x + y;
}

//通用加法函数
template<class T1, class T2>
T1 Add(const T1& x, const T2& y)
{
	return x + y;
}

int main()
{
	Add(1, 2);//与非模版函数匹配，编译器不需要特化
	Add(1, 2.2);//模版函数可以生成更加匹配的版本，编译器根据
			    //实参生成更加匹配的Add函数
	return 0;
}

💥2、类模版

💥2.1类模版的定义格式

template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 类模板名
{
// 类内成员定义
};

下面以栈为例：

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

// 类模版
template<class T>
class Stack
{
public:
	Stack(size_t n = 4)
		:_array(new T[n])
		, _capacity(n)
		,_size(0)
	{}

	~Stack()
	{
		delete[] _array;
		_array = nullptr;
		_size = _capacity = 0;
	}

	void Push(const T& data);

	//...

private:
	T* _array;
	size_t _capacity;
	size_t _size;
};

//模版不建议声明和定义分离到两个文件.h 和.cpp会出现链接错误
//模版参数只能给当前的函数或者类使用
template<class T>
void Stack<T>::Push(const T& data)
{
	if (_size == _capacity)
	{
		//手动地异地扩容
		T* tmp = new T[2 * _capacity];
		memcpy(tmp, _array, sizeof(T) * _size);
		delete[] _array;
		_array = tmp;
		tmp = nullptr;
		_capacity *= 2;
	}
	_array[_size++] = data;
}

int main()
{
	Stack<int> st1;
	st1.Push(1);
	st1.Push(2);
	st1.Push(3);

	Stack<char> st2;
	st2.Push('a');
	st2.Push('b');
	st2.Push('c');

	return 0;
}

模版不建议声明和定义分离到两个文件.h 和.cpp，会出现链接错误
模版参数只能给当前的函数或者类使用
栈空间不足时需要我们手动异地扩容

💥2.2类模板的实例化

类模版都是显示实例化，类模板名字不是真正的类，而实例化的结果才是真正的类。

// Stack是类名，Stack<int>才是类型
Stack<int> st1; // int
Stack<double> st2; // double

Stack是类名，Stack<int>才是类型

💥3、STL简介

💥3.1 什么是STL

STL(standard template libaray-标准模板库)是C++标准库的重要组成部分，不仅是一个可复用的组件库，而且是一个包罗数据结构与算法的软件框架。

💥3.2 STL的版本

原始版本
Alexander Stepanov、Meng Lee 在惠普实验室完成的原始版本，本着开源精神，他们声明允许任何人任意运用、拷贝、修改、传播、商业使用这些代码，无需付费。唯一的条件就是也需要向原始版本一样做开源使用。 HP 版本–所有STL实现版本的始祖。
P. J. 版本
由P. J. Plauger开发，继承自HP版本，被Windows Visual C++采用，不能公开或修改，缺陷：可读性比较低，符号命名比较怪异。
RW版本
由Rouge Wage公司开发，继承自HP版本，被C+ + Builder 采用，不能公开或修改，可读性一般。
SGI版本
由Silicon Graphics Computer Systems，Inc公司开发，继承自HP版本。被GCC(Linux)采用，可移植性好，可公开、修改甚至贩卖，从命名风格和编程风格上看，阅读性非常高。