c++學習筆記——模板和IO（一）

来源:https://www.cnblogs.com/cloudseastore/archive/2023/02/19/17135769.html
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前言 本文主要作為本人學習C\C++歷程的的一種記錄，以期望通過這種方式加深對知識點的記憶，查漏補缺。如有寫得不對的地方，歡迎大家批評改正。 模板概論 模板是泛型編程的基礎，是創建泛型類或函數的藍圖或公式。 C++提供了兩種模板機制:函數模板和類模板。函數模板，實際上是建立了一個通用函數，其函數類型 ...


前言

本文主要作為本人學習C\C++歷程的的一種記錄，以期望通過這種方式加深對知識點的記憶，查漏補缺。如有寫得不對的地方，歡迎大家批評改正。

模板概論

模板是泛型編程的基礎，是創建泛型類或函數的藍圖或公式。
C++提供了兩種模板機制:函數模板和類模板。函數模板，實際上是建立了一個通用函數，其函數類型和形參類型不具體制定，用一個虛擬的類型來代表。類模板和函數模板的定義和使用類似。
下麵開始逐一介紹C++模板的應用。

函數模板

定義函數模板

點擊查看代碼 
template<class T>	//註意：T代表泛型的數據類型，不是只能寫T，
void mySwap(T& a, T& b)
{
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

也可以這樣定義函數模板

點擊查看代碼 
template<typename T>
void mySwap(T& a,T& b)
{

}

怎麼使用函數模板？

點擊查看代碼 
template<class T>	//註意：T代表泛型的數據類型，不是只能寫T，
void mySwap(T& a, T& b)
{
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}
void test01()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	mySwap(a, b);
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
}

//可以這樣定義函數模板
//template<typename T>
//void func(T a, T b)
//{
//
//}

template<class T>
T func1(T a, T b)
{
	return a + b;
}
void test02()
{
	int a = 10;
	double b = 20.3;
	//如果使用參數列表指定數據類型，那麼實參中可以隱式轉換，
	//如果轉換成功，就調用，轉換不成功就報錯
	cout << func1<int>(a, b) << endl;
}

普通函數和函數模板的區別

點擊查看代碼 
//1.普通函數可以進行隱式轉換,函數模版不能直接的進行隱性轉換

//普通函數
int myPlus(int a, int b)
{
	cout << "普通函數" << endl;
	return a + b;
}

//函數模板
template<class T>
int myPlus(T a, T b)
{
	cout << "函數模板" << endl;
	return a + b;
}

void test01()
{
	int a = 10;
	double b = 20;
	myPlus(a, b);	//普通函數可以進行隱性轉換
	//myPlus2(a, b);	//沒有與參數列表匹配的 函數模板 "myPlus2" 實例	
	myPlus<int>(a, b);	//如果要進行隱性轉換，必須加上參數列表
}

普通函數和函數模板的調用規則

點擊查看代碼 
//普通函數
int myPlus(int a, int b)
{
	cout << "普通函數" << endl;
	return a + b;
}

//函數模板
template<class T>
int myPlus(T a, T b)
{
	cout << "函數模板" << endl;
	return a + b;
}
//函數模板重載
template<class T>
void myPlus(T a, T b, T c)
{
	cout << "函數模板myPlus(T a, T b, T c)" << endl;
}
//1、函數模板和普通函數都可以重載
void test02()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	//2、如果普通函數和函數模板都可以實現的功能，普通函數優先調用
	myPlus(a, b);
	
	//3、可以使用<>空參數列表強制調用函數模板
	myPlus<>(a, b);

	//4、函數模板之間也可以進行重載

	//5、如果函數模板可以產生更好的匹配，那麼優先使用函數模板
	char c1 = 'a';
	char c2 = 'b';
	myPlus(c1, c2);
}

模板機制剖析——c++編譯器是如何實現函數模板機制的？

  1. 編譯器並不是把函數模板處理成能夠處理任何類型的函數
  2. 函數模板通過具體類型產生不同的函數
  3. 編譯器會對函數模板進行兩次編譯，在聲明的地方對模板代碼本身進行編譯，在調用的地方對參數替換後的代碼進行編譯。

模板也具有局限性

點擊查看代碼 
template<class T>
void mycompare(T a, T b)
{
	if (a > b)
	{
		cout << "a>b" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "a<=b" << endl;
	}
}

void test01()
{
	//如果傳入的是數組名，那麼函數模板中比較函數名的大小就沒有意義
	int arr[20];
	int arr2[10];

	mycompare(arr, arr2);
}

為解決上述問題，提出了兩種方法

第一種：使用函數模板具體化

點擊查看代碼 
class Maker
{
public:
	Maker(string name, int age)
	{
		this->name = name;
		this->age = age;
	}
public:
	string name;
	int age;
};

template<class T>
void myfunc(T& a, T& b)
{
	if (a > b)
	{
		cout << "a>b" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "a<=b" << endl;
	}
}
//具體化函數模板，註意上面的函數模板要有，才能具體化
template<>void myfunc<Maker>(Maker& a, Maker& b)
{
	cout << "函數模板的具體化" << endl;
	if (a.age > b.age)
	{
		cout << "a>b" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "a<=b" << endl;
	}
}

第二種：重載操作符

點擊查看代碼 
class Maker1
{
public:
	Maker1(string name, int age)
	{
		this->name = name;
		this->age = age;
	}
public:
	string name;
	int age;
};

bool operator>(Maker1& m1, Maker1& m2)
{
	if (m1.name > m2.name && m1.age > m2.age)
	{
		return true;
	}
	else
	{
		return false;
	}
}

void test()
{
	Maker1 a("aaa", 18);
	Maker1 b("bbb", 20);
	if (a > b)
	{
		cout << "a>b" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "a<=b" << endl;
	}
}

定義類模板

點擊查看代碼 
//類模板是把類中的數據類型參數化
template<class NameType,class AgeType>
class Maker
{
public:
	Maker(NameType name, AgeType age)
	{
		this->name = name;
		this->age = age;
	}
	void printMaker()
	{
		cout << "Name:" << this->name << "Age:" << this->age << endl;
	}
public:
	NameType name;
	AgeType age;
};

類模板的使用

點擊查看代碼 
template<class NameType,class AgeType>
class Maker
{
public:
	Maker(NameType name, AgeType age)
	{
		this->name = name;
		this->age = age;
	}
	void printMaker()
	{
		cout << "Name:" << this->name << "Age:" << this->age << endl;
	}
public:
	NameType name;
	AgeType age;
};

//類模板的使用
void test()
{
	//1.類模版不會自動推導數據類型，要顯示的告訴編譯器是什麼類型
	Maker<string, int> m("高啟強", 35);
	m.printMaker();

	//2.註意傳入的參數,傳入參數類型要程式員自己把握
	Maker<int, int>m2(18, 20);
	m2.printMaker();

	//Maker<>m3("aaa", 18);	//err:類模板“Maker"的參數太少，必須通過參數列表告訴編譯器是什麼類型

}

類模板和函數模板的區別

  1. 類模板不會自動推導數據類型，要顯示的告訴編譯器是什麼類型
  2. 函數模板可以根據實參來推導數據類型

類模板的預設類型及其使用

點擊查看代碼 
template<class NameType, class AgeType=int>
class Maker2
{
public:
	Maker2(NameType name, AgeType age)
	{
		this->name = name;
		this->age = age;
	}

	void printMaker()
	{
		cout << "Name:" << this->name << "Age:" << this->age << endl;
	}
public:
	NameType name;
	AgeType age;
};

void test02()
{
	//如果有預設類型，那麼<>里可以少寫類型
	Maker2<string> m("高啟強", 35);
	//Maker2<string, int> m("高啟蘭", 20);
	m.printMaker();
	//以傳入的類型為準
	Maker2<string, double> m2("高啟盛", 24.22);
	m2.printMaker();
}

//5、類模板的預設參數註意
//預設類型後面的泛型類型都必須有預設類型
template<class NameType, class AgeType = int, class T = int>
class Maker3
{
public:
	Maker3(NameType name, AgeType age)
	{
		this->name = name;
		this->age = age;
	}

	void printMaker()
	{
		cout << "Name:" << this->name << " Age:" << this->age << endl;
	}
public:
	NameType name;
	AgeType age;
};

void test03()
{
	Maker3<string> m("高啟強", 35);
	m.printMaker();
}

類模板做函數參數

點擊查看代碼 
template<class NameType, class AgeType>
class Maker
{
public:
	Maker(NameType name, AgeType age)
	{
		this->name = name;
		this->age = age;
	}
	void printMaker()
	{
		cout << "name = " << this->name << " " << " age = " << this->age << endl;
	}
public:
	NameType name;
	AgeType age;
};

//類模板做函數參數
	//1.指定傳入的數據類型
void func(Maker<string, int>& m)
{
	m.printMaker();
}


	//2.參數模版化（常用）
template<class T1, class T2>
void func2(Maker<T1, T2>& m)
{
	m.printMaker();
}

	//3.整個類 模版化
template<class T>
void func3(T& m)
{
	m.printMaker();
}

類模板的繼承

點擊查看代碼 
//1、普通類繼承類模板
template<class T>
class Father
{
public:
	Father()
	{
		m = 20;
	}
public:
	T m;
};

//普通類 繼承 類模板
class Son : public Father<int>	//2、要告訴編譯器父類的泛型數據類型具體是什麼類型
{
public:

};

//2、類模板 繼承 類模板
//類模板 繼承 類模板
template<class T1,class T2>
class Son2 :public Father<T2>	//要告訴編譯器父類的泛型數據類型具體是什麼類型
{

};

類模板的成員函數的類內實現

點擊查看代碼 
template<class NameType,class AgeType>
class Maker
{
public:
	Maker(NameType name, AgeType age)
	{
		this->name = name;
		this->age = age;
	}

	void printMaker()
	{
		cout << "Name:" << this->name << " " << "Age:" << this->age << endl;
	}
public:
	NameType name;
	AgeType age;
};

類模板的成員函數類外實現

點擊查看代碼 
template<class NameType,class AgeType>
class Maker
{
public:
	Maker(NameType name, AgeType age);

	void printMaker();
public:
	NameType name;
	AgeType age;
};

//類模板的成員函數類外實現
//成員函數必須寫成函數模板，並且寫上參數列表
template<class NameType,class AgeType>
Maker<NameType,AgeType>::Maker(NameType name, AgeType age)
{
	cout << "構造函數" << endl;
	this->name = name;
	this->age = age;
}

template<class NameType,class AgeType>
void Maker<NameType, AgeType>::printMaker()
{
	cout << "Name:" << this->name << " " << "Age:" << this->age << endl;
}

類模板的友元實現

類內實現

點擊查看代碼 
template<class NameType,class AgeType>
class Maker
{
	friend void printMaker(Maker<NameType, AgeType>& p)
	{
		cout << "類內實現" <<" "<< p.name << " " << p.age << endl;
	}
public:
	Maker(NameType name, AgeType age)
	{
		this->name = name;
		this->age = age;
	}
private:
	NameType name;
	AgeType age;

};

類外實現

點擊查看代碼 
//1、聲明模板
template<class NameType,class AgeType>
class Maker2;
//2、聲明函數模板
//告訴編譯器下麵有printMaker2的實現
template<class NameType,class AgeType>
void printMaker2(Maker2<NameType, AgeType>& p);

template<class NameType, class AgeType>
class Maker2
{
	//3、在函數名和（）之間加上<>
	friend void printMaker2<>(Maker2<NameType, AgeType>& p);
	//編譯器不知道printMaker2下麵有沒有實現，需要知道函數的結構
public:
	Maker2(NameType name, AgeType age)
	{
		this->name = name;
		this->age = age;
	}
private:
	NameType name;
	AgeType age;
};
//友元在類外實現要寫成函數模板
template<class NameType,class AgeType>
void printMaker2(Maker2<NameType, AgeType>& p)
{
	cout << "類外實現的友元函數" << " "<<p.name << " " << p.age << endl;
}

類模板實現數組

MyArray.hpp

點擊查看代碼 
#pragma once

template<class T>
class MyArray
{
public:
	MyArray(int capacity)
	{
		this->mCapacity = capacity;
		this->mSize = 0;
		//T如果是Maker，這裡要調用什麼構造函數，要調用無參構造
		p = new T[this->mCapacity];
	}
	//拷貝構造
	MyArray(const MyArray &arr)
	{
		this->mCapacity = arr.mCapacity;
		this->mSize = arr.mSize;
		p = new T[arr.mCapacity];

		for (int i = 0; i < this->mSize; i++)
		{
			p[i] = arr.p[i];
		}
	}
	//賦值函數
	MyArray& operator=(const MyArray& arr)
	{
		if (this->p != NULL)
		{
			delete[] this->p;
			this->p = NULL;
		}
		p = new T[arr.mCapacity];
		this->mSize = arr.mSize;
		this->mCapacity = arr.mCapacity;
		for (int i = 0; i < this->mSize; i++)
		{
			p[i] = arr.p[i];
		}

		return *this;
	}
	
	//重載[]
	T& operator[](int index)
	{
		return this->p[index];
	}
	//尾插
	void Push_Back(const T& val)
	{
		if (this->mSize == this->mCapacity)
		{
			return;
		}
		this->p[this->mSize] = val;
		this->mSize++;
	}
	//尾刪
	void Pop_Back()
	{
		if (this->mSize == 0)
		{
			return;
		}
		this->mSize--;
	}
	//析構
	~MyArray()
	{
		if (this->p != NULL)
		{
			delete[] p;
			p = NULL;
		}
		cout << "析構函數" << endl;
	}

	int getSize()
	{
		return this->mSize;
	}

private:
	T* p;
	int mCapacity;
	int mSize;
};
類模板實現數組.cpp
點擊查看代碼 
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<string>
#include<iostream>
using namespace std;
#include"MyArray.hpp"
class Maker
{
public:
	Maker() 
	{
		cout << "無參構造" << endl;
	}
	Maker(string name,int age)
	{
		this->name = name;
		this->age = age;
	}
public:
	string name;
	int age;
};

void printMaker(MyArray<Maker>& arr)
{
	for (int i = 0; i < arr.getSize(); i++)
	{
		cout << "姓名：" << arr[i].name << " 年齡：" << arr[i].age << endl;
	}
}

void test()
{
	//Maker類型
	MyArray<Maker>myarr(4);
	Maker m1("小明", 18);
	Maker m2("小強", 19);
	Maker m3("小棟", 20);
	Maker m4("小興", 21);
	myarr.Push_Back(m1);
	myarr.Push_Back(m2);
	myarr.Push_Back(m3);
	myarr.Push_Back(m4);
	printMaker(myarr);

	//int類型
	MyArray<int>myint(10);
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		myint.Push_Back(i + 1);
	}
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		cout << myint[i] << " " << endl;
	}
}

int main()
{
	test();
	system("pause");
	return EXIT_SUCCESS;
}

總結

模板是一個比較重要的概念，是創建泛型類或函數的藍圖或公式。庫容器，比如迭代器和演算法，都是泛型編程的例子，它們都使用了模板的概念。
-學習C++任重而道遠，本人愚鈍，唯有勤加練習方能查漏補缺。


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