模板就是建立通用的模具，大大提高复用性。
模板不可以直接使用，它只是一个框架，模板的通用并不是万能的。
C++另一种编程思想称为 泛型编程 ，主要利用的技术就是模板
C++提供两种模板机制:函数模板和类模板
1.2.1 函数模板语法函数模板作用：
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
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
使用函数模板有两种方式：自动类型推导、显示指定类型
//交换整型函数
void swapInt(int& a, int& b) { //引用交换，引用=指针常量，传递地址
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> //声明一个模板，告诉编译器后面代码中的T是一个通用数据类型
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，两种方式使用函数模板
//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;
}
自动类型推导，必须推导出一致的数据类型T，才可以使用
模板必须要确定出T的数据类型，才可以使用
//利用模板提供通用的交换函数
template<class T> //typename可以替换成class
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;
}
案例描述：
- 利用函数模板封装一个排序的函数，可以对不同数据类型数组进行排序
- 排序规则从大到小，排序算法为选择排序
- 分别利用char数组和int数组进行测试
//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) //对数组进行排序因此要传入数组(char arr[])，但这里数据类型为T，因此传入的为T arr[];对数组进行 *** 作通常还会传入数组的长度
{
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]) //最大值 比 遍历出的数值 要小，说明j下标的元素才是真正的最大值
{
max = j; //更新最大值下标
}
}
if (max != i) //如果最大数的下标不是i，交换两者
{
mySwap(arr[max], arr[i]);
}
}
}
//打印数组模板
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;
}
普通函数调用时可以发生自动类型转换（隐式类型转换）
函数模板调用时，如果利用自动类型推导，不会发生隐式类型转换
如果利用显示指定类型的方式，可以发生隐式类型转换
//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;
}
普通函数和函数模板都可以发生函数重载，当普通模板和函数模板的函数名称一样时，其调用规则为：
如果函数模板和普通函数都可以实现，优先调用普通函数
可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板
函数模板也可以发生重载
如果函数模板可以产生更好的匹配,优先调用函数模板
//普通函数与函数模板调用规则
void myPrint(int a, int b) //如果告诉编译器 普通函数是有的，但只是声明没有实现(即只有void myPrint(int a, int b))，或者不在当前文件内实现，就会报错找不到
{
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
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
}
//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
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
模板的通用性并不是万能的
template<class T> //如果传入的a和b是一个数组，就无法实现了
void f(T a, T b)
{
a = b;
}
template<class T> //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
void f(T a, T b)
{
if (a > b) { ... }
}
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
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 对比两个数据是否相等
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，利用具体化的模板，可以解决自定义类型的通用化
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;
}
类模板作用：
建立一个通用类，类中的成员 数据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>
类
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
//类模板
template<class NameType, class AgeType> //两个类型就用两个T
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("张三", 18);
P1.showPerson();
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
类模板没有自动类型推导的使用方式
类模板在模板参数列表中可以有默认参数
//类模板
template<class NameType, class AgeType = int> //class AgeType = int 默认参数为整型 只能在类模板中使用
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，必须使用显示指定类型的方式
void test01()
{
// Person p("张三", 20); // 错误 类模板使用时候，不可以用自动类型推导
Person <string, int>p("张三", 20); //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("李四", 30); //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;
}
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：
普通类中的成员函数一开始就可以创建
类模板中的成员函数在调用时才创建
class Person1
{
public:
void showPerson1()
{
cout << "Person1 show" << endl;
}
};
class Person2
{
public:
void showPerson2()
{
cout << "Person2 show" << endl;
}
};
template<class T>
class MyClass
{
public:
T obj; //通用类型的成员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(); } //这里并不知道fun1中调用的obj是什么类型的对象，但能够编译成功
void fun2() { obj.showPerson2(); } //因为类模板中的成员函数在模板调用时再生成
};
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;
}
类模板实例化出的对象，向函数传参的方式
有三种传入方式：
指定传入的类型 — 直接显示对象的数据类型
参数模板化 — 将对象中的参数变为模板进行传递
整个类模板化 — 将这个对象类型 模板化进行传递
//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 最常用
void printPerson1(Person<string, int>& p)
{
p.showPerson();
}
void test01()
{
Person <string, int >p("张三", 10);
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("李四", 20);
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("王五", 30);
printPerson3(p);
}
int main() {
test01();
test02();
test03();
system("pause");
return 0;
}
当子类继承的父类是一个类模板时，子类在声明的时候，要指定出父类中T的类型
如果不指定，编译器无法给子类分配内存
如果想灵活指定出父类中T的类型，子类也需变为类模板
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;
}
//如果想灵活指定父类中T类型，子类也需要变成类模板
//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传给T1、char传给T2(T2再指定父类中的T)
}
int main() {
test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}
类模板中成员函数类外实现时，需要加上模板参数列表
//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);
//{
// this->m_Name = name;
// this->m_Age = age;
//}
void showPerson();
//{
// cout << "姓名: " << this->m_Name << " 年龄:" << this->m_Age << endl;
//}
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;
}
类模板中成员函数创建时机是在调用阶段，导致分文件编写时链接不到
解决方式1：直接包含.cpp源文件
解决方式2：将声明和实现写到同一个文件中，并更改后缀名为.hpp，hpp是约定的名称，并不是强制
person.hpp中代码：
#pragma once
#include 类模板分文件编写.cpp中代码：
#include类模板配合友元函数的类内和类外实现：
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
//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 void printPerson2(Person & 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;
}
类模板案例
案例描述: 实现一个通用的数组类，要求如下：
可以对内置数据类型以及自定义数据类型的数据进行存储
将数组中的数据存储到堆区
构造函数中可以传入数组的容量
提供对应的拷贝构造函数以及operator=防止浅拷贝问题
提供尾插法和尾删法对数组中的数据进行增加和删除
可以通过下标的方式访问数组中的元素
可以获取数组中当前元素个数和数组的容量
C++的面向对象和泛型编程思想，目的就是复用性的提升
为了建立数据结构和算法的一套标准,诞生了STL
2.2 STL基本概念STL(Standard Template Library,标准模板库)
STL 从广义上分为: 容器(container) 、算法(algorithm)、 迭代器(iterator)
容器和算法之间通过迭代器进行无缝连接
STL 几乎所有的代码都采用了模板类或者模板函数
2.3 STL六大组件STL大体分为六大组件，分别是:容器、算法、迭代器、仿函数、适配器（配接器）、空间配置器
容器：各种数据结构，如vector、list、deque、set、map等，用来存放数据。
算法：各种常用的算法，如sort、find、copy、for_each等
迭代器：扮演了容器与算法之间的胶合剂。
仿函数：行为类似函数，可作为算法的某种策略。
适配器：一种用来修饰容器或者仿函数或迭代器接口的东西。
空间配置器：负责空间的配置与管理。
容器：
STL容器就是将运用最广泛的一些数据结构实现出来
常用的数据结构：数组, 链表,树, 栈, 队列, 集合, 映射表 等
这些容器分为序列式容器和关联式容器两种:
序列式容器:强调值的排序，序列式容器中的每个元素均有固定的位置。
关联式容器:二叉树结构，各元素之间没有严格的物理上的顺序关系
算法：
有限的步骤，解决逻辑或数学上的问题
算法分为:质变算法和非质变算法
质变算法：是指运算过程中会更改区间内的元素的内容。
例如拷贝，替换，删除等等
非质变算法：是指运算过程中不会更改区间内的元素内容，例如查找、计数、遍历、寻找极值等等
迭代器：
容器和算法之间粘合剂。
提供一种方法，使之能够依序寻访某个容器所含的各个元素，而又无需暴露该容器的内部表示方式。
迭代器使用非常类似于指针，初学阶段我们可以先理解迭代器为指针
每个容器都有自己专属的迭代器
迭代器种类：
| 种类 | 功能 | 支持运算 |
|---|---|---|
| 输入迭代器 | 对数据的只读访问 | 只读，支持++、==、！= |
| 输出迭代器 | 对数据的只写访问 | 只写，支持++ |
| 前向迭代器 | 读写 *** 作，并能向前推进迭代器 | 读写，支持++、==、！= |
| 双向迭代器 | 读写 *** 作，并能向前和向后 *** 作 | 读写，支持++、– |
| 随机访问迭代器 | 读写 *** 作，可以以跳跃的方式访问任意数据，功能最强的迭代器 | 读写，支持++、–、[n]、-n、<、<=、>、>= |
STL中最常用的容器为Vector，可以理解为数组
2.5.1 vector存放内置数据类型容器： vector
算法： for_each
迭代器： vector
void MyPrint(int val)
{
cout << val << endl;
}
void test01() {
//创建vector容器对象，并且通过模板参数指定容器中存放的数据的类型
vector<int> v;
//向容器中放数据
v.push_back(10);
v.push_back(20);
v.push_back(30);
v.push_back(40);
//通过迭代器访问容器中的数据，每一个容器都有自己的迭代器，迭代器是用来遍历容器中的元素
//vector::iterator 拿到vector这种容器的迭代器类型
vector<int>::iterator pBegin = v.begin(); //v.begin为起始迭代器，指向容器中第一个元素
vector<int>::iterator pEnd = v.end(); //v.end为结束迭代器，指向容器中最后一个元素的下一个位置
//第一种遍历方式：
while (pBegin != pEnd) {
cout << *pBegin << endl;
pBegin++;
}
//第二种遍历方式：
for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
cout << *it << endl;
}
cout << endl;
//第三种遍历方式：
//使用STL提供标准遍历算法 头文件 algorithm
for_each(v.begin(), v.end(), MyPrint); //起始迭代器，结束迭代器，函数名
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
vector中存放自定义数据类型，并打印输出
//自定义数据类型
class Person {
public:
Person(string name, int age) {
mName = name;
mAge = age;
}
public:
string mName;
int mAge;
};
//存放对象
void test01() {
vector<Person> v;
//创建数据
Person p1("aaa", 10);
Person p2("bbb", 20);
Person p3("ccc", 30);
Person p4("ddd", 40);
Person p5("eee", 50);
//向容器中添加对象
v.push_back(p1);
v.push_back(p2);
v.push_back(p3);
v.push_back(p4);
v.push_back(p5);
//遍历容器中的数据
for (vector<Person>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
cout << "Name:" << (*it).mName << " Age:" << (*it).mAge << endl; //<>中是什么数据类型，*it解引用出来的就是什么样的数据类型；不直接写*it.name因为编译器会认为这是在访问it对象的成员name然后再将它解引用
// cout << "Name:" << it->.mName << " Age:" << it->.mAge << endl; ->和*两种写法没有区别，功能相同，方法不同
}
}
//放对象指针
void test02() {
vector<Person*> v;
//创建数据
Person p1("aaa", 10);
Person p2("bbb", 20);
Person p3("ccc", 30);
Person p4("ddd", 40);
Person p5("eee", 50);
v.push_back(&p1);
v.push_back(&p2);
v.push_back(&p3);
v.push_back(&p4);
v.push_back(&p5);
for (vector<Person*>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
Person* p = (*it);
cout << "Name:" << p->mName << " Age:" << (*it)->mAge << endl;
}
}
int main() {
//test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}
容器中嵌套容器，将所有数据进行遍历输出
//容器嵌套容器
void test01() {
vector< vector<int> > v;
//创建小容器
vector<int> v1;
vector<int> v2;
vector<int> v3;
vector<int> v4;
//向小容器中添加数据
for (int i = 0; i < 4; i++) {
v1.push_back(i + 1);
v2.push_back(i + 2);
v3.push_back(i + 3);
v4.push_back(i + 4);
}
//将容器元素插入到vector v中 将小容器插入到大容器中
v.push_back(v1);
v.push_back(v2);
v.push_back(v3);
v.push_back(v4);
//通过大容器把所有数据遍历一遍
for (vector<vector<int>>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
for (vector<int>::iterator vit = (*it).begin(); vit != (*it).end(); vit++) { //(*it)的数据类型为容器vectorstring是C++风格的字符串，而string本质上是一个类
string和char * 区别：
char * 是一个指针
string是一个类，类内部封装了char，管理这个字符串，是一个char*型的容器。
*
特点：
string 类内部封装了很多成员方法
例如：查找find，拷贝copy，删除delete 替换replace，插入insert
string管理char*所分配的内存，不用担心复制越界和取值越界等，由类内部进行负责
3.1.2 string构造函数构造函数原型：
string(); ：创建一个空的字符串 例如: string str; string(const char* s); //使用字符串s初始化
string(const string& str); ：使用一个string对象初始化另一个string对象
string(int n, char c); ：使用n个字符c初始化
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