第十二站(20天):C++泛型编程

模板

C++提供了模板(template)编程的概念。所谓模板，实际上是建立一个通用函数或类， 其

类内部的类型和函数的形参类型不具体指定 ，用一个虚拟的类型来代表。这种通用的方式称

为模板。 模板是泛型编程的基础, 泛型编程即以一种独立于任何特定类型的方式编写代码

如: vector

函数模板(可以嵌套使用)

模板函数就是函数模板的自动实现

功能:

使用函数体相同的函数都可以用这个模板替代

实现多个函数用来返回两个数的最大值，要求能支持 char 类型、int 类型、double

template <typename T>

如:

template <typename T>//这里的类属参数 T在下面函数体的 参数中必须出现一次
        T Max(T a, T b) {
            return a > b ? a : b;
        }

形式:

cout << Max(a, b) << endl;//编译器自动推导类型
cout << Max<int>(a,b)<<endl;//显示类型调用

#include <iostream>
using namespace std;template <typename T>
T Max(T a, T b) {return a > b ? a : b;
}
int main(void) {int a = 4;int b = 5;float x = 1.2f;float y = 2.6f;cout << Max(a, b) << endl;//编译器自动推导类型cout << Max<int>(a,b)<<endl;//显示类型调用cout << Max(x, y) << endl;return 0;
}

函数模板和函数重载

//当函数模板和普通函数都符合调用时,优先选择普通函数

//Max(a,b);

//如果 显式指定类型 的使用函数模板,则使用<> 类型列表

//Max<>(a, b);

//如果函数模板会产生更好的匹配，使用函数模板

 函数模板的调用机制

函数模板在调用的时候,会根据调用者的数据类型,创建一个匹配的函数

类模板

类模板和函数模板一致

在类使用数据类型的地方都可以用模板的类属参数进行替换

(成员数据的数据类型,构造函数的参数类型,成员函数的返回值类型)

注:在模板类定义对象的时候必须指定为显示指定类型<>

当为单个参数时:

#include <iostream>
using namespace std;
template <typename T>
class A {
public:A(T a) {this->a = a;}T getA() {return a;}
private:T a;
};int main(void) {A<int> aa(666);cout << aa.getA() << endl;return 0;
}

当为多个参数时

#include <iostream>
using namespace std;
template <typename T1,typename T2>
class A {
private:T1 a;T2 b;
public:A(T1 a ,T2 b) {this->a = a;this->b = b;}T1 getA() {return a;}T2 getB() {return b;}
};int main(void) {A<int, double> aa(12,4.5);cout << aa.getA() << endl;cout << aa.getB() << endl;return 0;
}

当类作为函数参数的时候

 double add(A<int, double>& a) {
    double sum = 0;
    sum = a.getA() + a.getB();
    return sum;
}

当子类继承父类(父类为模板类时)

 class B :public A<int, double> {
    B(int a, double b):A(a,b) {}
};

当子类是模板类,父类是一般类时 

 和普通继承一样

#include <iostream>
using namespace std;class B {
protected:int  a;double  b;
public:B(int a=1, double b=1.2) {this->a = a;this->b = b;}
};template <typename T1, typename T2>
class A :public B{
public:A();A(T1 a, T2 b) :B(a, b) {}T1 getA() {return a;}T2 getB() {return b;}
};double add(A<int, double>& a) {double sum = 0;sum = a.getA() + a.getB();return sum;
}
int main(void) {A<int ,double> aa(12,12.2);cout << aa.getA() << endl;cout << aa.getB() << endl;return 0;
}

当子类和父类都是模板类

和普通继承一样

#include <iostream>
using namespace std;template <typename T1, typename T2>
class B {
public:B(T1 a, T2 b){this->a = a;this->b = b;}T1 getA() {return a;}T2 getB() {return b;}
protected:T1 a;T2 b;
};template <typename T1, typename T2>
class A :public B<int, double>{
public:A();A(T1 a, T2 b) :B(a, b) {}T1 getA() {return a;}T2 getB() {return b;}
};double add(A<int, double>& a) {double sum = 0;sum = a.getA() + a.getB();return sum;
}
int main(void) {A<int, double> aa1(10, 10.2);cout << aa1.getA() << endl;cout << aa1.getB() << endl;A<int ,double> aa(12,12.2);cout << aa.getA() << endl;cout << aa.getB() << endl;return 0;
}

类模板和友元函数 

(1) 类内部声明友元函数，必须写成一下形式

template < typename T>

friend A<T> addA (A<T> &a, A<T> &b);

(2) 友元函数实现 必须写成

template < typename T>

A<T> add(A<T> &a, A<T> &b) {

        //......

}

(3) 友元函数调用 必须写成

A< int > c4 = addA <int> (c1, c2);

 类模板的封装

这里仅分为两个文件(.h和.cpp+main.cpp)

函数前声明 template

< 类型形式参数表 >

类的成员函数前的 类限定域说明必须要带上虚拟参数列表

template<typename T1>
A<T1>::A(T1 a)
{
    this->a = a;
}

返回的变量是模板类的对象时必须带上虚拟参数列表

T1 A<T1>::getA() {
    return a;
}

成员函数参数中出现模板类的对象时必须带上虚拟参数列表(也可以不带)

A<T1> A<T1>::operator+( const A<T1> & other)
{
    A<T1> tmp = this->a + other.a;
    return tmp.a;
}

成员函数内部没有限定( 可带可以不带 )

A<T1> A<T1>::operator+( const A<T1> & other)
{
    A<T1> tmp = this->a + other.a;
    return tmp.a;
}

类模板封装单参: 

.h
#include <iostream>
using namespace std;template <typename T1>
class A {
public:A(T1 a);T1 getA();A operator+(const A& other);void print();
private:T1 a;
};.cpp
#include <iostream>
using namespace std;
#include "A.h"template<typename T1>
A<T1>::A(T1 a)
{this->a = a;
}
template <typename T1>
T1 A<T1>::getA() {return a;
}
template<typename T1>
A<T1> A<T1>::operator+(const A& other)
{A tmp = this->a + other.a;return tmp.a;
}template<typename T1>
void A<T1>::print()
{cout << this->a << endl;
}
int main(void) {A<int> a(12);A<int> b(11);A<int> c = a + b;c.print();return 0;
}

 这里仅分为三个文件(.h 和  .cpp  和  main.cpp)

如果分为这三个文件,那么只包含.h头文件就会报错C++ 类模板“无法解析的外部符号

在封装有三个文件的时候mian.cpp中就不用包含.h头文件了,仅包含.cpp文件即可

#include <iostream>
using namespace std;

//#include "A.h"//同时包含两个或者仅包含.h都会报错
#include "A.cpp"

int main(void) {
    A<int> a(12);
    A<int> b(11);
    A<int> c = a + b;
    c.print();
    return 0;
}

类模板封装多参

算术运算符重载多参

template<typename T1, typename T2>
A1<T1, T2> A1<T1, T2>::operator+(const A1<T1,T2>& other)
{
    A1<T1, T2> tmp{ this->a + other.a,this->b + other.b };
    return tmp;
} 

输出运算符重载多参

template<typename T1, typename T2>
friend ostream& operator<<(ostream& os, const A1<T1, T2>& other);//设置为友元

template<typename T1, typename T2>
ostream& operator<<(ostream& os, const A1<T1, T2>& other)
{
    //“T1 A1<T1,double>::getA(void)”: 
    // 不能将“this”指针从“const A1<int,double>”转换为“A1<int,double> 
    //是因为传入的是const引用，但是调用了非const方法。
    os << other.getA() << " " << other.getB() << endl;
    //os << other.a <<" " << other.b << endl;
    return os;
}

 .h

#pragma once#include <iostream>
using namespace std;template <typename T1, typename T2>
class A1 {
public:A1(T1 a, T2 b);T1 getA()const;T2 getB()const;A1<T1, T2> operator+(const A1& other);template<typename T1, typename T2>friend ostream& operator<<(ostream& os, const A1<T1, T2>& other);
public:T1 a;T2 b;
};template<typename T1, typename T2>
ostream& operator<<(ostream& os, const A1<T1, T2>& other)
{os << other.getA() << " " << other.getB() << endl;//os << other.a <<" " << other.b << endl;return os;
}

 .cpp

#include "A1.h"
#include <iostream>
using namespace std;
template<typename T1, typename T2>
A1<T1, T2>::A1(T1 a, T2 b):a(a),b(b)
{
}
template <typename T1, typename T2>
T1 A1<T1, T2>::getA() const{return a;
}
template<typename T1, typename T2>
T2 A1<T1, T2>::getB()const {return b;
}template<typename T1, typename T2>
A1<T1, T2> A1<T1, T2>::operator+(const A1<T1,T2>& other)
{A1<T1, T2> tmp{ this->a + other.a,this->b + other.b };return tmp;
}

主函数

#include <iostream>
#include "A1.cpp" //这里不要包含错了
int main(void) {A1<int, double> a(12, 3.3), b(13, 32.9);A1<int, double> c = a + b;cout << c << endl;return 0;
}

 

 类模板的静态成员数据

  从类模板实例化的每个模板类有自己的类模板数据成员，该 模板类的所有对象共享

一个 static 数据成员

和非模板类的 static 数据成员一样， 模板类的 static 数据成员也应该在文件范围定

义和初始化

  static 数据成员也可以使用虚拟类型参数 T

public:

        static T1 count;

//初始化静态成员数据
template<typename T1>
T1 A<T1>::count = 66;

//通过对象a对静态count赋值后
cout << a.count << endl;
a.count = 888;
cout << b.count << endl;
b.count = 1000;
cout << a.count << endl;