【C++】 函数模板和类模板

news2024/12/25 1:13:37

文章目录

  • 一、模板
    • 1.1 函数模板和类模板
    • 1.2 函数模板
      • 1.2.1 普通函数和函数模板区别
      • 1.2.2 普通函数和函数模板调用规则
      • 1.2.3 模板局限性
    • 1.3 类模板
      • 1.3.1 类模板对象做函数参数
      • 1.3.2 类模板的继承
      • 1.3.3 类模板成员函数的类外实现
      • 1.3.4 类模板分文件编写
      • 1.3.5 类模板全局函数类内实现

  本文是我在学习C++过程当中的心得和学习笔记，在学习C++时已经有C语言的基础，因此入门知识省略了一部分。文章包含了C++的入门基础内容和核心进阶内容，并附上了学习的代码，仅供大家参考。如果有问题，有错误欢迎大家留言。剩余的内容可以通过 这篇文章找到。

一、模板

1.1 函数模板和类模板

  函数模板：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。
  模板的目的是为了提高复用性，将类型参数化。

/*模板语法：
template<typename T>
函数声明或定义
*/
/*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表示通用的数据类型，名称可以替换，通常为答谢字母*/
template<typename T>
void myswap(T &a, T &b)
{
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}
void test2()
{
	int a = 10;		// 将int换成其他类型也可以运行
	int b = 20;
	//myswap(a, b);	// 自动类型推导
	myswap<int>(a, b);// 显示指定类型
	/*两种方式使用模板：1.自动类型推导 2.显示指定类型*/
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
}

  数组排序：

template<typename T>
void myswap(T& a, T& b)	// 交换函数通用模板
{
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}
template<class T>
void myArrsort(T arr[], int len)	// 数组选择排序通用模板
{
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		int max = i;	// 认定最大值下标
		for (int j = i + 1; j < len; j++)
		{
			if (arr[max] < arr[j])
			{
				max = j;	// 更新最大值下标
			}
		}
		if (max != i)
		{
			myswap(arr[max], arr[i]);
		}
	}
}
template<class T>
void printArr(T arr[], int len)	// 数组打印通用模板
{
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		cout << arr[i] << " ";
	}
}
void test1()
{
	char charArr[] = "eafcbd";
	int num = sizeof(charArr) / sizeof(char);
	myArrsort(charArr, num);
	printArr(charArr, num);
}
void test2()
{
	int intArr[] = { 8,4,5,6,3,9,2,1 };
	int num = sizeof(intArr) / sizeof(int);
	myArrsort(intArr, num);
	printArr(intArr, num);
}

1.2 函数模板

1.2.1 普通函数和函数模板区别

int myAdd1(int a, int b)
{
	return a + b;
}
template<class T>
T myAdd2(T a, T b)	// 交换函数通用模板
{
	return a + b;
}

void test1()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	char c = 'c';	// a-97  c-99
	cout << myAdd1(a, c) << endl;	// c转换成ASCII码相加
	// 自动类型推导 报错， 不会发送隐式类型转换
	//cout << myAdd2(a, c) << endl;	
	// 显示指定int类型，会发生隐式类型转换
	cout << myAdd2<int>(a, c) << endl;
}

1.2.2 普通函数和函数模板调用规则

在这里插入图片描述

void myPrint(int a, int b)
{
	cout << "调用普通函数" << endl;
}
template<class T>
void myPrint(T a, T b)
{
	cout << "调用模板" << endl;
}
template<class T>
void myPrint(T a, T b, T c)
{
	cout << "调用重载模板" << endl;
}
void test1()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	myPrint(a, b);	// 调用的普通函数
	myPrint<>(a, b);	// 通过空模板参数列表，强制调用函数模板
	myPrint(a, b, 100);	// 模板也可以有重载
	char c1 = 'a';
	char c2 = 'b';
	myPrint(c1, c2);	// 模板的类型更匹配，调用的模板
}

1.2.3 模板局限性

  模板并不是万能的，某些特定的数据类型，需要用具体化的方式做实现。

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;
	}
	else
		return false;
}
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;
}
template<class T>
void myPrint(T a, T b, T c)
{
	cout << "调用重载模板" << endl;
}

void test1()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	bool ret = myCompare(a, b);
	if (ret)
	{
		cout << "a == b " << endl;
	}
	else
	{
		cout << "a != b " << endl;
	}
}
void test2()
{
	Person p1("Tom", 10);
	Person p2("Tom", 10);
	bool ret = myCompare(p1, p2);
	if (ret)
	{
		cout << "p1 == p2 " << endl;
	}
	else
	{
		cout << "p1 != p2 " << endl;
	}
}

1.3 类模板

在这里插入图片描述
类模板和函数模板区别：
  1.类模板没有自动类型推导
  2.类模板在模板参数列表中可以有默认参数

template<class Nametype, class Agetype = int>  // 类型默认参数为string和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 << endl << "age: " << this->m_age << endl;
	}
};
void test1()
{
	// Person p1("张三", 18);	// 报错，没有自动类型推导
	Person<string, int> p1("张三",18);
	Person<string > p2("张三", 18);	// int为默认参数，不用写
	p2.showPerson();
}

  类模板中成员函数在调用时才去创建。

// 类模板中成员函数在调用时才去创建
class Person1
{
public:
	void showPerson1()
	{
		cout << "Person1 show" << endl;
	}
};
class Person2
{
public:
	void showPerson2()
	{
		cout << "Person2 show" << endl;
	}
};
template <class T>
class MyClass
{
	T obj;
public:
	void func1()
	{
		obj.showPerson1();	// 直接运行不报错，编译通过，这时类模板的成员函数还没有被创建
	}
	void func2()
	{
		obj.showPerson2();
	}
};
void test1()
{
	MyClass<Person1> m;
	m.func1();
	//m.func2();
}
int main()
{
	test1();
	system("pause");
	return 0;
}

1.3.1 类模板对象做函数参数

类模板的函数传参一般来讲，有以下三种方式：
  1、指定传入类型
  2、参数模板化
  3、整个类模板化

// 类模板中成员函数在调用时才去创建
class Person1
{
public:
	void showPerson1()
	{
		cout << "Person1 show" << endl;
	}
};
class Person2
{
public:
	void showPerson2()
	{
		cout << "Person2 show" << endl;
	}
};
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 << "年龄：" << this->m_age << endl;
	}
	T1 m_name;
	T2 m_age;
};
void printPerson1(Person<string, int>& p)	// 1、指定传入类型
{
	p.showPerson();
}
template <class T1, class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2>& p)	// 2、参数模板化
{
	p.showPerson();
	cout << "T1的类型为： " << typeid(T1).name() << endl;
	cout << "T2的类型为： " << typeid(T2).name() << endl;
}
template <class T>
void printPerson3(T& p)	// 3、整个类模板化
{
	p.showPerson();
	cout << "T的类型为： " << typeid(T).name() << endl;
}
void test1()
{
	Person<string, int>p1("张三 ", 18);
	Person<string, int>p2("李四 ", 25);
	Person<string, int>p3("王五 ", 30);
	printPerson1(p1);
	printPerson2(p2);
	printPerson3(p3);
}

1.3.2 类模板的继承

// 类模板与继承
template <class T>
class Base
{
	T m;
};
class Son : public Base<int> // 报错，必须要知道父类中T的类型，才能继承给子类，需要加上<int>、或者<char>
{

};
template<class T1, class T2>
class Son2 :public Base <T2>
{
public:
	Son2()
	{
		cout << "T1的数据类型为：" << typeid(T1).name() << endl;
		cout << "T2的数据类型为：" << typeid(T2).name() << endl;
	}
	T1 obj;
};
void test1()
{
	Son2<int, char>S2;	// int指定给T1，char指定给父类继承来的T2，在父类中表示为T
}

1.3.3 类模板成员函数的类外实现

// 类模板成员函数的类外实现
template <class T1, class T2>
class Person
{
public:
	Person(T1 name, T2 age);
	void showPerson();
	T1 m_name;
	T2 m_age;
};
// 类外实现类模板的构造函数
template <class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age)
{
	this->m_name = name;
	this->m_age = age;
}
// 类外实现类模板的成员函数
template <class T1, class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson()
{
	cout << "姓名：" << this->m_name << " 年龄：" << this->m_age << endl;
}
void test1()
{
	Person <string, int>P("Tom", 20);
	P.showPerson();
}

1.3.4 类模板分文件编写

在这里插入图片描述
  若仅包含.h文件，编译器在编译时是不会创建类模板的成员函数Person和showPerson，因此出现无法解析的错误（编译器不知道这两个函数是什么），若包含.cpp文件则可以运行，编译器会找着.cpp文件中包含的Person.h文件，最终两个文件都会包含。

// main.cpp文件
# include <iostream>
# include <string>
//#include<Person.h> // 编译器报错
//# include "Person.cpp" // 第一种解决方式，直接包含源文件
# include "Person.hpp" // 第二种解决方式，将.h和.cpp中的内容写到到一起，将后缀名改为.hpp
using namespace std;
// 类模板分文件编写
void test1()
{
	Person <string, int>P("Tom", 20);
	P.showPerson();
}
int main()
{
	test1();
	system("pause");
	return 0;
}

// Person.h文件
#pragma once
# include <iostream>
using namespace std;
template <class T1, class T2>
class Person
{
public:
	Person(T1 name, T2 age);
	void showPerson();
	T1 m_name;
	T2 m_age;
};

// Person.cpp文件
# include <iostream>
# include <string>
# include "Person.h"
using namespace std;
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;
}

// Person.hpp文件 = Person.h文件 + Person.cpp文件
#pragma once
# include <iostream>
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;
}

1.3.5 类模板全局函数类内实现

  不建议使用全局函数类外实现，过于复杂，类内实现用法简单，而且编译器可以直接识别

// 提前让编译器知道Person类存在
template <class T1, class T2>
class Person;
// 类外实现
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
{
	// 全局函数 类内实现
	friend void printPerson(Person<T1, T2> p)
	{
		cout << "类内实现  ----- 姓名：" << p.m_name << " 年龄：" << p.m_age << endl;
	}
	// 全局函数 类外实现 这里写声明 加空模板参数列表<>
	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 test1()
{
	Person <string, int>P("Tom", 20);
	printPerson(P);
	printPerson2(P);
}

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