c++学习笔记——模板和IO（一）

前言

本文主要作为本人学习C\C++历程的的一种记录，以期望通过这种方式加深对知识点的记忆，查漏补缺。如有写得不对的地方，欢迎大家批评改正。

模板概论

模板是泛型编程的基础，是创建泛型类或函数的蓝图或公式。
C++提供了两种模板机制:函数模板和类模板。函数模板，实际上是建立了一个通用函数，其函数类型和形参类型不具体制定，用一个虚拟的类型来代表。类模板和函数模板的定义和使用类似。
下面开始逐一介绍C++模板的应用。

函数模板

定义函数模板

点击查看代码 
template<class T>	//注意：T代表泛型的数据类型，不是只能写T，
void mySwap(T& a, T& b)
{
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

也可以这样定义函数模板

点击查看代码 
template<typename T>
void mySwap(T& a,T& b)
{
}

怎么使用函数模板？

点击查看代码 
template<class T>	//注意：T代表泛型的数据类型，不是只能写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;
}
//可以这样定义函数模板
//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;
	//如果使用参数列表指定数据类型，那么实参中可以隐式转换，
	//如果转换成功，就调用，转换不成功就报错
	cout << func1<int>(a, b) << endl;
}

普通函数和函数模板的区别

点击查看代码 
//1.普通函数可以进行隐式转换,函数模版不能直接的进行隐性转换
//普通函数
int myPlus(int a, int b)
{
	cout << "普通函数" << endl;
	return a + b;
}
//函数模板
template<class T>
int myPlus(T a, T b)
{
	cout << "函数模板" << endl;
	return a + b;
}
void test01()
{
	int a = 10;
	double b = 20;
	myPlus(a, b);	//普通函数可以进行隐性转换
	//myPlus2(a, b);	//没有与参数列表匹配的 函数模板 "myPlus2" 实例	
	myPlus<int>(a, b);	//如果要进行隐性转换，必须加上参数列表
}

普通函数和函数模板的调用规则

点击查看代码 
//普通函数
int myPlus(int a, int b)
{
	cout << "普通函数" << endl;
	return a + b;
}
//函数模板
template<class T>
int myPlus(T a, T b)
{
	cout << "函数模板" << endl;
	return a + b;
}
//函数模板重载
template<class T>
void myPlus(T a, T b, T c)
{
	cout << "函数模板myPlus(T a, T b, T c)" << endl;
}
//1、函数模板和普通函数都可以重载
void test02()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	//2、如果普通函数和函数模板都可以实现的功能，普通函数优先调用
	myPlus(a, b);
	//3、可以使用<>空参数列表强制调用函数模板
	myPlus<>(a, b);
	//4、函数模板之间也可以进行重载
	//5、如果函数模板可以产生更好的匹配，那么优先使用函数模板
	char c1 = 'a';
	char c2 = 'b';
	myPlus(c1, c2);
}

模板机制剖析——c++编译器是如何实现函数模板机制的？

  1. 编译器并不是把函数模板处理成能够处理任何类型的函数
  2. 函数模板通过具体类型产生不同的函数
  3. 编译器会对函数模板进行两次编译，在声明的地方对模板代码本身进行编译，在调用的地方对参数替换后的代码进行编译。

模板也具有局限性

点击查看代码 
template<class T>
void mycompare(T a, T b)
{
	if (a > b)
	{
		cout << "a>b" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "a<=b" << endl;
	}
}
void test01()
{
	//如果传入的是数组名，那么函数模板中比较函数名的大小就没有意义
	int arr[20];
	int arr2[10];
	mycompare(arr, arr2);
}

为解决上述问题，提出了两种方法

第一种：使用函数模板具体化

点击查看代码 
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;
	}
}
//具体化函数模板，注意上面的函数模板要有，才能具体化
template<>void myfunc<Maker>(Maker& a, Maker& b)
{
	cout << "函数模板的具体化" << endl;
	if (a.age > b.age)
	{
		cout << "a>b" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "a<=b" << endl;
	}
}

第二种：重载操作符

点击查看代码 
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;
	}
}

定义类模板

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//类模板是把类中的数据类型参数化
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;
};

类模板的使用

点击查看代码 
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;
};
//类模板的使用
void test()
{
	//1.类模版不会自动推导数据类型，要显示的告诉编译器是什么类型
	Maker<string, int> m("高启强", 35);
	m.printMaker();
	//2.注意传入的参数,传入参数类型要程序员自己把握
	Maker<int, int>m2(18, 20);
	m2.printMaker();
	//Maker<>m3("aaa", 18);	//err:类模板“Maker"的参数太少，必须通过参数列表告诉编译器是什么类型
}

类模板和函数模板的区别

  1. 类模板不会自动推导数据类型，要显示的告诉编译器是什么类型
  2. 函数模板可以根据实参来推导数据类型

类模板的默认类型及其使用

点击查看代码 
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()
{
	//如果有默认类型，那么<>里可以少写类型
	Maker2<string> m("高启强", 35);
	//Maker2<string, int> m("高启兰", 20);
	m.printMaker();
	//以传入的类型为准
	Maker2<string, double> m2("高启盛", 24.22);
	m2.printMaker();
}
//5、类模板的默认参数注意
//默认类型后面的泛型类型都必须有默认类型
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("高启强", 35);
	m.printMaker();
}

类模板做函数参数

点击查看代码 
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;
};
//类模板做函数参数
	//1.指定传入的数据类型
void func(Maker<string, int>& m)
{
	m.printMaker();
}
	//2.参数模版化（常用）
template<class T1, class T2>
void func2(Maker<T1, T2>& m)
{
	m.printMaker();
}
	//3.整个类 模版化
template<class T>
void func3(T& m)
{
	m.printMaker();
}

类模板的继承

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//1、普通类继承类模板
template<class T>
class Father
{
public:
	Father()
	{
		m = 20;
	}
public:
	T m;
};
//普通类 继承 类模板
class Son : public Father<int>	//2、要告诉编译器父类的泛型数据类型具体是什么类型
{
public:
};
//2、类模板 继承 类模板
//类模板 继承 类模板
template<class T1,class T2>
class Son2 :public Father<T2>	//要告诉编译器父类的泛型数据类型具体是什么类型
{
};

类模板的成员函数的类内实现

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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;
};

类模板的成员函数类外实现

点击查看代码 
template<class NameType,class AgeType>
class Maker
{
public:
	Maker(NameType name, AgeType age);
	void printMaker();
public:
	NameType name;
	AgeType age;
};
//类模板的成员函数类外实现
//成员函数必须写成函数模板，并且写上参数列表
template<class NameType,class AgeType>
Maker<NameType,AgeType>::Maker(NameType name, AgeType age)
{
	cout << "构造函数" << 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;
}

类模板的友元实现

类内实现

点击查看代码 
template<class NameType,class AgeType>
class Maker
{
	friend void printMaker(Maker<NameType, AgeType>& p)
	{
		cout << "类内实现" <<" "<< p.name << " " << p.age << endl;
	}
public:
	Maker(NameType name, AgeType age)
	{
		this->name = name;
		this->age = age;
	}
private:
	NameType name;
	AgeType age;
};

类外实现

点击查看代码 
//1、声明模板
template<class NameType,class AgeType>
class Maker2;
//2、声明函数模板
//告诉编译器下面有printMaker2的实现
template<class NameType,class AgeType>
void printMaker2(Maker2<NameType, AgeType>& p);
template<class NameType, class AgeType>
class Maker2
{
	//3、在函数名和（）之间加上<>
	friend void printMaker2<>(Maker2<NameType, AgeType>& p);
	//编译器不知道printMaker2下面有没有实现，需要知道函数的结构
public:
	Maker2(NameType name, AgeType age)
	{
		this->name = name;
		this->age = age;
	}
private:
	NameType name;
	AgeType age;
};
//友元在类外实现要写成函数模板
template<class NameType,class AgeType>
void printMaker2(Maker2<NameType, AgeType>& p)
{
	cout << "类外实现的友元函数" << " "<<p.name << " " << p.age << endl;
}

类模板实现数组

MyArray.hpp

点击查看代码 
#pragma once
template<class T>
class MyArray
{
public:
	MyArray(int capacity)
	{
		this->mCapacity = capacity;
		this->mSize = 0;
		//T如果是Maker，这里要调用什么构造函数，要调用无参构造
		p = new T[this->mCapacity];
	}
	//拷贝构造
	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];
		}
	}
	//赋值函数
	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;
	}
	//重载[]
	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++;
	}
	//尾删
	void Pop_Back()
	{
		if (this->mSize == 0)
		{
			return;
		}
		this->mSize--;
	}
	//析构
	~MyArray()
	{
		if (this->p != NULL)
		{
			delete[] p;
			p = NULL;
		}
		cout << "析构函数" << endl;
	}
	int getSize()
	{
		return this->mSize;
	}
private:
	T* p;
	int mCapacity;
	int mSize;
};

类模板实现数组.cpp

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#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<string>
#include<iostream>
using namespace std;
#include"MyArray.hpp"
class Maker
{
public:
	Maker() 
	{
		cout << "无参构造" << 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 << " 年龄：" << arr[i].age << endl;
	}
}
void test()
{
	//Maker类型
	MyArray<Maker>myarr(4);
	Maker m1("小明", 18);
	Maker m2("小强", 19);
	Maker m3("小栋", 20);
	Maker m4("小兴", 21);
	myarr.Push_Back(m1);
	myarr.Push_Back(m2);
	myarr.Push_Back(m3);
	myarr.Push_Back(m4);
	printMaker(myarr);
	//int类型
	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;
}

总结

模板是一个比较重要的概念，是创建泛型类或函数的蓝图或公式。库容器，比如迭代器和算法，都是泛型编程的例子，它们都使用了模板的概念。
-学习C++任重而道远，本人愚钝，唯有勤加练习方能查漏补缺。

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