模板的简单介绍与使用

什么是模板?

模板(template)指c++中的函数模板与类模板,大体对应于C#和Java众的泛型的概念。目前,模板已经成为C++的泛型编程中不可缺少的一部分。

模板定义以关键字template开始,后接模板形参表,模板形参表是用尖括号括住的一个或者多个模板形参的列表,形参之间以逗号分隔。 模板形参可以是表示类型的类型形参,也可以是表示常量表达式的非类型形参。非类型形参跟在类型说明符之后声明。类型形参跟在关键字class或typename之后定义(至于class与typename的区别实际并不大,c++的早期版本中只有class,没有typename。在绝大多数场景下两者是通用的,只有少数特殊情况下必须使用typename。总之,使用typename是万无一失的。两者的区别可以参考这篇文章)。

模板是C++程序员绝佳的武器, 特别是结合了多重继承(multiple inheritance)与运算符重载(operator overloading)之后。C++ 的标准库提供许多有用的函数大多结合了模板的观念,如STL以及IO Stream

函数模板

  所谓函数模板,实际上是建立一个通用函数,其函数类型和形参类型不具体指定,用一个虚拟的类型来代表。这个通用函数就称为函数模板。凡是函数体相同的函数都可以用这个模板来代替,不必定义多个函数,只需在模板中定义一次即可。在调用函数时系统会根据实参的类型来取代模板中的虚拟类型,从而实现了不同函数的功能。 

  网上大多数介绍都是从比较两个数大小入手的,本文章介绍依然如此,假设有一个需要要比较两个数的大小,但是这两个数的类型是不确定的,可能是int、float、double类型的。

  当然有一种方式就是可以用函数的重载来实现,但用重载的方式造成的问题是:有多少类型的可能性,就要写多少个重载函数。假设当前需求里可能要求只有float和double两种类型,但有一天增加了对int类型的允许,则要在代码中增加对int类型参数的重载函数。

  这个时候,函数模板就排上用场了。只需要定义一个带有泛型参数的函数,就可以实现多种类型参数的比较,直接看下面的代码吧:

 1 class MyTemplate
 2 {
 3 public:
 4     MyTemplate(void);
 5     ~MyTemplate(void);
 6 
 7     //以关键字template开头 后面接<typename T>或<class T> 返回值类型和参数类型都是T
 8     template <typename T> T Max(T a,T b) 
 9     {
10         return a>=b?a:b;
11     };
12 };

这里的T会在程序编译的时候特化为代码调用处传入的实际参数,例如

如果比较两个int类型的大小:

    MyTemplate mytemplate;
    int x = 10;
    int y = 100;
    int val = mytemplate.Max(x,y);    

程序里的T在编译时就用int替换,替换后的程序应该是下面这个样子:

  template <typename int> int Max(int a,int b) 
  {
      return a>=b?a:b;
  };

float和double类型的是同样的道理,这里就不重复了。

类模板

 当我们有更加复杂的需求的时候,例如要实现一个队列,这个队列中可能不止有int类型的数据,还有可能有string类型、double类型、或者更复杂的自定义类型。例如下面这个队列中存储了多种数据类型的对象,这个时候就需要定义一个类模板了。

类模板实现的简单队列

 1 #pragma once
 2 
 3 template <typename T> class FZQueue;
 4 template <typename T> class queueItem 
 5 {
 6 private:
 7     friend class FZQueue<T>; //因为queueItem只有FZQueue要直接调用 所以这里要声明为FZQueue的友元
 8 
 9     queueItem(void){};
10 
11     queueItem(const T &item1,const queueItem *p):item(item1),next(p){};
12 
13     queueItem(const T &t):item(t),next(0){}; //显式定义复制构造函数 将item置为t next设置为空指针
14 
15     ~queueItem(void){};//析构函数
16 
17     T item;
18 
19     queueItem *next;
20 };
21 
22 template <typename T> 
23 class FZQueue
24 {
25 public:
26     FZQueue(void):head(0),tail(0){};
27     ~FZQueue(void)
28     {
29         destroy();
30     };
31     
32     /*显式定义复制构造函数  可以不显式的声明 对此功能无影响*/
33     FZQueue(const FZQueue &t):head(0),tail(0) // 将t中的每个元素的值拷贝到新声明的对象中 必须对指针head和tail初始化 否则调用时会报内存访问异常 
34     {
35         copy_elements(t);
36     };
37 
38     FZQueue& operator=(const FZQueue&); //显式赋值操作符重载  可以不显式的声明 对此功能无影响
39 
40     T& front()    //获取队列头
41     {
42         return head->item;
43     };
44 
45 
46     void push(const T &item)  //添加元素到队尾
47     {
48         queueItem<T> *p_item = new queueItem<T>(item);
49         if(empty())
50         {
51             head=tail=p_item;
52         }
53         else
54         {
55             tail->next = p_item;
56             tail=p_item;
57         }
58     };
59 
60     void pop()  //删除队列头元素 
61     {
62         queueItem<T> *p_curHead = head;
63         head=head->next;
64         delete p_curHead;
65     };
66 
67     bool empty()  //判断队列是否为空
68     {
69         return head==0;
70     };
71 
72 private:
73     queueItem<T> *head; //队列头元素的指针
74 
75     queueItem<T> *tail; //队尾元素的指针
76 
77     void destroy()
78     {
79         while (!empty())
80         {
81             pop();
82         }
83     };
84 
85     void copy_elements(const FZQueue &t)
86     {        
87         queueItem<T> *p = t.head;
88         //int i = 0;
89         while (p) /*i<5*/
90         {
91             push(p->item);
92             p = p->next;
93             //i++;
94         }
95     };
96 
97 };

 调用代码如下:

 1 if(valIndexs.empty())
 2     {
 3         for (int zi = 10;zi!=15;zi++)
 4         {
 5             valIndexs.push(zi);
 6         }
 7     }
 8     FZQueue<int> clone_valZindexs(valIndexs);
 9 
10     cout<<"valIndexs:"<<valIndexs.front()<<"______clone_valZindexs:"<<clone_valZindexs.front()<<endl;
11     
12     cout<<"valIndexs:"<<valIndexs.front()<<"______clone_valZindexs:"<<clone_valZindexs.front()<<endl;

 以上就是用类模板实现简单队列的完整代码。

问题与总结

1.把类中的构造函数重载(FZQueue(const T &t);)和操作符重载(FZQueue& operator=(const FZQueue&);)去掉后都是一样正常执行,不知道这个构造函数重载和操作符重载在什么情况下使用。

总结:参考《C++ Primer》第四版第13章 复制控制 里介绍的复制构造函数一节,对复制构造函数的描述是这样的:

复制构造函数是一种特殊构造函数,具有单个形参,该形参(常用const修饰)是对该类类型的引用。当定义一个新对象并用一个同类型的对象对它进行初始化时,将显式使用复制构造函数。当将该类型的对象传递给函数或从函数返回该类型的对象时,将隐式使用复制构造函数。可用于:

1.根据另一个同类型的对象显示或隐式初始化一个对象
2.复制一个对象,将它的作为实参传递给一个函数
3.从函数返回时复制一个对象
4.初始化顺序容器中的元素
5.根据元素初始化式列表初始化数组元素

并且:如果程序中没有显示定义并实现复制构造函数,编译器会自动生成。赋值操作符重载与析构函数都是如此。

    不能将自定义的类声明为指针形式,例如FZQueue<int> *clone_zindexs,如果这样做,之后将这个指针当参数调用复制构造函数时,复制构造函数不起作用,因为这里只是声明了一个指针而已。

本文参与腾讯云自媒体分享计划,欢迎正在阅读的你也加入,一起分享。

发表于

我来说两句

0 条评论
登录 后参与评论

相关文章

来自专栏Java编程

Java泛型详解

Java泛型(generics)是JDK 5中引入的一个新特性,允许在定义类和接口的时候使用类型参数(type parameter)。声明的类型参数在使用时用具...

7610
来自专栏小詹同学

Leetcode打卡 | No.21 合并两个有序链表

将两个有序链表合并为一个新的有序链表并返回。新链表是通过拼接给定的两个链表的所有节点组成的。

1151
来自专栏微信公众号:Java团长

Java进阶01 String类

之前的Java基础系列中讨论了Java最核心的概念,特别是面向对象的基础。在Java进阶中,我将对Java基础进行补充,并转向应用层面。

882
来自专栏WD学习记录

数据结构与算法2016-06-03

一个算法调用自己来完成它的部分工作,在解决某些问题时,一个算法需要调用自身。如果一个算法直接调用自己或间接调用自己,就称这个算法是递归的。根据调用方式的不同,它...

812
来自专栏从零开始学 Web 前端

01 - JavaSE之基础及面向对象

byte(-128 ~ 127) short(-32768 ~ 32767) int(-2147483648 ~ 2147483647)

1734
来自专栏老九学堂

稳准狠!最全讲解!初学者必看的C语言字符串知识

字符数组和普通数组一样,也是通过下标引用各个元素。 【示例】输出字符数组中的元素。

921
来自专栏Python爬虫实战

Python数据类型之字典(上)

之前系列文章介绍了Python简单数据类型和序列数据类型,本文来学习一种新的映射数据类型:字典。

901
来自专栏全沾开发(huā)

搞懂JavaScript中的连续赋值

搞懂JavaScript中的连续赋值 前段时间老是被一道题刷屏,一个关于连续赋值的坑。 遂留下一个笔记,以后再碰到有人问这个题,直接...

4056
来自专栏web前端教室

javascript 红皮高程(20)-- 逻辑或

或,逻辑或邮二个竖线(||)表示,它需要二个操作数。 它的逻辑很好理解: 操作数1 操作数2 结果 true true tr...

1888
来自专栏梧雨北辰的开发录

Swift学习:构造器(下)

本篇主要介绍Swift中构造器的一些特殊用法 一、可失败的构造器 顾名思义,这是用于我们构造过程可能失败情况的构造器。失败的原因可能是给构造器传入无效的参数值,...

2777

扫码关注云+社区

领取腾讯云代金券