c++提高部分
这部分主要涉及泛型编程和STL技术
1. 模版
1.1 模版的概念
模版就是通用的模具,大大提高复用性,但需要根据需求改动一些东西
1.2 函数模版
- c++另一种编程思想为泛型编程,主要利用的技术就是模版
- c++提供两种模版机制:函数模板和类模板
1.2.1 函数模板语法
函数模板语法
函数模板作用:
建立一个通用的函数,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
解释:
template——声明创建模板
typena me——表明其后面的 符号为一种数据类型,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。
#include<iostream>
using namespace std;//函数模板
//两个整型交换
void SwapInt(int &a, int &b)
{int temp = b;b = a;a = temp;
}
//两个浮点型交换
void SwapDouble(double &a,double & b)
{double temp = a;a = b;b = temp;
}//函数模板
//声明一个模板,告诉编译器后面的代码中紧跟着的T不要报错,T是一个通用数据类型
template<typename T>
void MySwap(T& a, T& b)
{T Temp = a;a = b;b = Temp;
}void test01()
{int a = 10;int b = 20;//利用函数模板进行交换//1.自动类型推导MySwap(a, b);
cout << a << endl;
cout << b << endl;double c = 11.1;
double d = 12.2;
//显示指定类型
MySwap<double>(c, d);
cout << c << endl;
cout << d << endl;
}
int main(void)
{test01();system("pause");return 0;
}
总结:
函数模板利用关键字template
使用函数类型模板有两种方式:自动类型推导、显示指定类型
模板的目的是为了提高复用性,将类型参数化函数模板注意事项
1.2.2 函数模板注意事项:
- 自动类型推导,必须推导出一致的数据类型T才能使用
#include<iostream>
using namespace std;
template<typename T>
void myswap(T& a, T& b)
{T temp = a;a = b;b = temp;
}void test01()
{int a = 10;int b = 20;char t = 'l';//myswap(a, l); //不一样的数据类型使用模板会报错cout << a << endl;cout << b << endl;}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}
- 模板必须要确定出T的数据类型,才可以使用
#include<iostream>
using namespace std;
template<typename T>
void myswap(T& a, T& b)
{T temp = a;a = b;b = temp;
}template<typename T>
void func()
{cout << "hello!" << endl;
}void test01()
{int a = 10;int b = 20;char t = 'l';cout << a << endl;cout << b << endl;//func(); //模板必须要确定出T的数据类型,才可以使用func<int>(); //或者这样,可以使用}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}
1.2.3 函数模板案例
案例描述:
- 利用函数模板封装一个排序的函数,可以对不用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
#include<iostream>
using namespace std;template<class T>
void myswap(T& a, T& b)
{T temp = a;a = b;b = temp;
}template<class T>
void sort(T arr[], int len)
{for (int i = 0; i < len; i++){int flag = i;for (int j = i + 1; j < len; j++){if (arr[flag] < arr[j]){flag = j;}}if (flag != i){myswap(arr[i], arr[flag]);}}
}template<class T>
void my_print(T arr[], int len)
{for (int i = 0; i < len; i++){cout << arr[i] << '\t';}cout << endl;
}void test01()
{char arr[] = "adecb";int num = sizeof(arr) / sizeof(char);sort(arr, num);my_print(arr, num);int n_arr[] = { 2,4,1,6,8,7 };int num1 = sizeof(n_arr) / sizeof(int);sort(n_arr, num1);my_print(n_arr, num1);}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}
1.2.4 普通函数与函数模板的区别
普通函数与函数模板的区别:
- 普通函数调用时可以发生自动类型转换(隐式类型推导)
- 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
- 如果利用显式指定类型的方式,可以发生隐式类型转换
#include<iostream>
using namespace std;
//普通函数与函数模板的区别
//普通函数调用可以发生隐式类型转换
//函数模板用自动类型推导不可以发生隐式类型转换
// 函数模板用显式指定类型 可以发生隐式类型转换//普通函数隐式类型转换
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;
}void test01()
{int a = 10;int b = 20;char c = 'c';cout << myAdd01(a, c) << endl;//自动类型推导不行//cout << myAdd02(a, c) << endl;//显式指定类型行cout << myAdd02<int>(a, c) << endl;
}int main(void)
{test01();system("pause");return 0;
}
1.2.5 普通函数与函数模板的调用规则
调用规则如下:
- 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
#include<iostream>
using namespace std;
void myPrint(int a, int b)
{cout << "调用普通函数" << endl;
}
template<class T>
void myPrint(T a, T b)
{cout << "调用模板" << endl;
}template<class T>
void myPrint(T a, T b,T c)
{cout << "调用重载模板" << endl;
}
void test01()
{int a = 10;int b = 20;//如果函数模板和普通函数都可以调用。优先调用普通函数。普通函数只有声明会报错myPrint(a, b);//通过空模板的参数列表强制调用函数模板myPrint<>(a,b);//调用重载模板myPrint(a, b, 100);//如果函数模板产生更好的匹配,优先调用函数模板,两个char,普通函数还需要去同时转换为int,还不如直接给模板,直接转为T类型char c1 = 'a';char c2 = 'b';myPrint(c1, c2);
}
int main(void)
{test01();system("pause");return 0;
}
1.2.6 模板的局限性
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;class Person
{
public:Person(string name, int age){this->name = name;this->age = age;}string name;int age;
};template<class T>
bool compare(T& a, T& b)
{if (a == b){return true;}else{return false;}
}template <>bool compare(Person& a, Person& b)
{if (a.age == b.age && a.name == b.name){return true;}else{return false;}
}
void test01()
{Person s1("il", 20);Person s2("il", 22);bool ret = compare(s1, s2);if (ret)cout << "s1=s2" << endl;elsecout << "s1!=s2" << endl;
}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}
1.3 类模板
1.3.1 类模板基本语法
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;template <class NameType, class AgeType>
class Person
{
public:Person(NameType name, AgeType age){this->m_age = age;this->m_name = name;}NameType m_name;AgeType m_age;void show(){cout << this->m_age << endl;cout << this->m_name << endl;}
};void test01()
{//Person<string, int>里的string和int是给那个Name和AgeType导向的,后面直接跟对象Person<string, int>p1("张三", 456);p1.show();
}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}
1.3.2 类模板与函数模板的不同
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;template <class NameType, class AgeType = int> //类模板可以在这里指定默认参数类型
class Person
{
public:Person(NameType name, AgeType age){this->m_age = age;this->m_name = name;}NameType m_name;AgeType m_age;void show(){cout << this->m_age << endl;cout << this->m_name << endl;}
};//void test01()
//{
// Person<string, int>p1("张三", 456); //1.类模板必须用这种指定类型的方式赋值
// p1.show();
//}void test02()
{Person<string>p2("李逵", 26); //1.类模板必须用这种指定类型的方式赋值p2.show();
}int main()
{//test01();test02();system("pause");return 0;
}
1.3.3 类模板成员函数创建时机
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;class Person1
{
public:void func1(){cout << "this is Person1" << endl;}
};class Person2
{
public:void func2(){cout << "this is Person2" << endl;}
};template <class T>
class Person
{
public:T obj;void show1(){obj.func1();}void show2(){obj.func2();}
};void test02()
{Person<Person1>p1;p1.show1();
}int main()
{//test01();test02();system("pause");return 0;
}
类模板中的成员函数并不是一开始就创建的,在调用时才去创建。
1.3.4 类模板对象做函数参数
学习目标:
类模板实例化出的对象,向函数传参的方式
一共有三种传入方式
- 指定传入的类型——直接显式对象的数据类型
- 参数模板化——将对象中的参数变为模板参数进行传递
- 整个类模板化——将这个对象类型,模板化进行传递
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;template <class T1, class T2>
class Person
{
public:Person(T1 name, T2 age){this->m_name = name;this->m_age = age;}T1 m_name;T2 m_age;void showPerson(){cout << "姓名:" << this->m_name << endl;cout << "年龄:" << this->m_age << endl;}
};//1.指定传入类型,一般最常用
void printPerson1(Person<string, int>& p1)
{p1.showPerson();
}
void test01()
{Person<string, int>p1("孙悟空", 1520);printPerson1(p1);
}//2.参数模板化
template<class T1, class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2>& p2)
{p2.showPerson();cout << typeid(T1).name() << endl; //查看推测的数据类型cout << typeid(T2).name() << endl;
}
void test02()
{Person<string, int>p2("杀神", 320);printPerson2(p2);
}//3.整个类模板化
template<class T>
void printPerson3(T& p3)
{p3.showPerson();cout << typeid(T).name() << endl; //查看推测的数据类型
}
void test03()
{Person<string, int>p3("刀郎", 6820);printPerson3(p3);
}int main()
{test01();test02();test03();system("pause");return 0;
}
1.3.5 类模板与继承
当类模板碰到继承时,需要注意一下几点:
- 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
- 如果不想指定,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,子类也需要变为类模板
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;template <class T>
class Base
{T obj;
};class Son :public Base<int> //必须要知道父类中T的数据类型才能继承给子类
{};void test01()
{Son s1;
}//如果想灵活指定父类中T类型,子类也需要变类模板
template<class T1, class T2>
class Son2 :public Base<T2>
{
public:Son2(){cout << typeid(T1).name() << endl;cout << typeid(T2).name() << endl;}T1 obj;
};
void test02()
{Son2<int, char>s2;
}int main()
{test01();test02();system("pause");return 0;
}
1.3.6 类模板成员函数类外实现
能够掌握类模板中的成员函数类外实现
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;template <class T1, class T2>
class Base
{
public:Base(T1 name, T2 age);void show();T1 m_name;T2 m_age;
};template <class T1, class T2>
Base<T1, T2>::Base(T1 name, T2 age)
{this->m_name = name;this->m_age = age;;
}template <class T1, class T2>
void Base<T1, T2>::show()
{cout << "姓名为:" << this->m_name << endl;cout << "年龄为:" << this->m_age << endl;
}void test01()
{Base<string, int> b1("李青", 80);b1.show();
}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}
1.3.7 类模板分文件编写
学习目标:
掌握类模板成员函数分文件编写产生的问题以及解决方式
问题:
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
1.类模板分文件编写.cpp文件中只写test01(),和main函数
#include<iostream>
#include"Base.h"void test01()
{Base<string, int> b1("李青", 80);b1.show();
}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}
2.创建Base.h头文件
#pragma once
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
template <class T1, class T2>
class Base
{
public:Base(T1 name, T2 age);void show();T1 m_name;T2 m_age;
};
3.创建Base.cpp源文件
#include"Base.h"
template <class T1, class T2>
Base<T1, T2>::Base(T1 name, T2 age)
{this->m_name = name;this->m_age = age;;
}template <class T1, class T2>
void Base<T1, T2>::show()
{cout << "姓名为:" << this->m_name << endl;cout << "年龄为:" << this->m_age << endl;
}
此时编译没问题,但是运行会有问题。运行的时候编译器只是看到了Base.h头文件的文件内容两次,并没有看到实现。
解决:
解决方式1:类模板分文件编写.cpp文件中直接包含Base.cpp源文件
#include<iostream>
#include"Base.cpp"void test01()
{Base<string, int> b1("李青", 80);b1.show();
}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}
解决方式2:将声明.h和实现.cpp在到同一个文件中,并更改后缀名为.hpp,hpp是约定俗成的名称,并不是强制
- 在头文件部分新建Base.hpp源文件,其中包含Base.h和Base.cpp文件的内容
#pragma once
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
template <class T1, class T2>
class Base
{
public:Base(T1 name, T2 age);void show();T1 m_name;T2 m_age;
};
template <class T1, class T2>
Base<T1, T2>::Base(T1 name, T2 age)
{this->m_name = name;this->m_age = age;;
}template <class T1, class T2>
void Base<T1, T2>::show()
{cout << "姓名为:" << this->m_name << endl;cout << "年龄为:" << this->m_age << endl;
}
- 类模板分文件编写.cpp文件中直接包含Base.hpp源文件
#include<iostream>
#include"Base.hpp"
void test01()
{Base<string, int> b1("李青", 80);b1.show();
}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}
1.3.8 类模板与友元
- 类内实现
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;template <class T1, class T2>
class Perosn
{//友元类内实现friend void show(Perosn<string, int>p){cout << "姓名:" << p.m_name << ",年龄:" << p.m_age << endl;}
public:Perosn(T1 name, T2 age){this->m_name = name;this->m_age = age;}
private:T1 m_name;T2 m_age;
};void test01()
{Perosn<string, int>p1("张三", 45);show(p1);
}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}
- 类外实现
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;//提前让编译器知道Person类的存在
template<class T1, class T2 >
class Person;
//类外实现
template<class T1, class T2>
void show_p(Person<T1, T2>p)
{cout << "姓名:" << p.m_name << ",年龄:" << p.m_age << endl;
}template <class T1, class T2>
class Person
{//加空模板参数列表friend void show_p<>(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;
};void test01()
{Person<string, int>p1("小期待", 154);show_p(p1);
}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}
在此例中,全局函数friend void show_p<>(Person<T1, T2>p);这是一个普通函数,得让编译器提前知道全局函数的存在,也需要知道Person是一个模板。
1.3.9 类模板案例
案例描述:
- 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
- 可以获取数组汇中当前元素个数和数组的容量
- MyArray.hpp文件中编写
#pragma once
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;template <class T>
class Myarray
{
public://有参构造函数Myarray(int capacity){cout << "MyArry的有参构造函数调用" << endl;this->m_Capacity = capacity;this->m_Size = 0;this->pAddress = new T[this->m_Capacity];}//拷贝构造函数Myarray(Myarray& m1){cout << "MyArry的拷贝构造函数调用" << endl;this->m_Capacity = m1.m_Capacity;this->m_Size = m1.m_Size;//深拷贝this->pAddress = new T[this->m_Capacity];for (int i = 0; i < m1.m_Size; i++){this->pAddress[i] = m1.pAddress[i];}}//赋值符重载Myarray& operator =(Myarray& arr){cout << "MyArry的operator=调用" << endl;//先判断原来堆区是否有数据,如果有先释放if (this->pAddress != NULL){delete[] this->pAddress;this->pAddress = NULL;this->m_Capacity = 0;this->m_Size = 0;}//深拷贝this->m_Capacity = arr.m_Capacity;this->m_Size = arr.m_Size;this->pAddress = new T[arr.m_Capacity];for (int i = 0; i < this->m_Size; i++){this->pAddress[i] = arr.pAddress[i];}return *this;}~Myarray(){if (this->pAddress != NULL){cout << "析构函数!" << endl;delete[] this->pAddress;this->pAddress = NULL;}}private:T* pAddress;//指针指向堆区开辟的真实数组int m_Capacity;//数组容量int m_Size;//数组大小
};
- 类函数模板.cpp文件编写
#include<iostream>
#include"MyArray.hpp"void test01()
{Myarray<int>a1(5);Myarray<int>a2(a1);Myarray<int>a3(12);a3 = a1;}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}
- 在MyArray.hpp文件中继续编写统计大小、统计容量、[]重载(用于显示值)、尾插法、尾删法
#pragma once
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;template <class T>
class Myarray
{
public://有参构造函数Myarray(int capacity){//cout << "MyArry的有参构造函数调用" << endl;this->m_Capacity = capacity;this->m_Size = 0;this->pAddress = new T[this->m_Capacity];}//拷贝构造函数Myarray(Myarray& m1){//cout << "MyArry的拷贝构造函数调用" << endl;this->m_Capacity = m1.m_Capacity;this->m_Size = m1.m_Size;//深拷贝this->pAddress = new T[this->m_Capacity];for (int i = 0; i < m1.m_Size; i++){this->pAddress[i] = m1.pAddress[i];}}//赋值符重载Myarray& operator =(Myarray& arr){//cout << "MyArry的operator=调用" << endl;//先判断原来堆区是否有数据,如果有先释放if (this->pAddress != NULL){delete[] this->pAddress;this->pAddress = NULL;this->m_Capacity = 0;this->m_Size = 0;}//深拷贝this->m_Capacity = arr.m_Capacity;this->m_Size = arr.m_Size;this->pAddress = new T[arr.m_Capacity];for (int i = 0; i < this->m_Size; i++){this->pAddress[i] = arr.pAddress[i];}return *this;}//中括号重构,返回值T& operator [](int index){return this->pAddress[index];}//尾插void push_add(T& val){if (this->m_Capacity == this->m_Size)return;else{this->pAddress[this->m_Size] = val;this->m_Size++;}}//尾删void push_del(){if (this->m_Size == 0)return;else{this->m_Size--;}}//统计大小int get_size(){return this->m_Size;}//统计容量int get_capacity(){return this->m_Capacity;}//析构函数~Myarray(){if (this->pAddress != NULL){//cout << "析构函数!" << endl;delete[] this->pAddress;this->pAddress = NULL;}}private:T* pAddress;//指针指向堆区开辟的真实数组int m_Capacity;//数组容量int m_Size;//数组大小
};
- 类函数模板.cpp文件中测试普通数据
#include<iostream>
#include"MyArray.hpp"void print_arr(Myarray<int>& a1)
{for (int i = 0; i < a1.get_size(); i++){cout << a1[i] << endl;}
}void test01()
{Myarray<int>a1(5);for (int i = 0; i < 5; i++){a1.push_add(i);}cout << "插入之后的数据为:" << endl;print_arr(a1);cout << "数组的容量为:" << a1.get_capacity() << endl;cout << "数组的大小为:" << a1.get_size() << endl;a1.push_del();cout << "删除之后的数据为:" << endl;print_arr(a1);cout << "数组的容量为:" << a1.get_capacity() << endl;cout << "数组的大小为:" << a1.get_size() << endl;
}int main()
{test01();system("pause");return 0;
}
- 在类函数模板.cpp文件中测试结构体数据
#include<iostream>
#include"MyArray.hpp"class Person
{
public:Person() {};Person(string name, int age){this->m_name = name;this->m_age = age;}string m_name;int m_age;
};void PrintPersonArry(Myarray<Person>& arr)
{for (int i = 0; i < arr.get_size(); i++){cout << "姓名为:" << arr[i].m_name << "年龄为:" << arr[i].m_age << endl;}
}void test02()
{Myarray<Person>arr(10);Person p1("伞兵1", 21);Person p2("伞兵2", 22);Person p3("伞兵3", 23);Person p4("伞兵4", 24);Person p5("伞兵5", 25);//将数据插入到数组中arr.push_add(p1);arr.push_add(p2);arr.push_add(p3);arr.push_add(p4);arr.push_add(p5);//打印数组PrintPersonArry(arr);//输出容量cout << "arr容量为" << arr.get_capacity() << endl;//输出大小cout << "arr大小为" << arr.get_size() << endl;}int main()
{test02();system("pause");return 0;
}
2. STL
2.1 STL的诞生
- 长久以来,软件届就一直希望建立一种可重复利用的东西
- C++的面向对象和泛型编程思想,目的就是复用性的提升
- 大多情况下,数据结构和算法都未能有一套标准,导致被迫从事大量重复工作
- 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:常用的各种算法,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结构的东西。
- 空间配置器:负责空间的配置与管理。
2.4 STL中容器、算法、迭代器的概念
容器:置物之所也
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
-
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:二叉树结构体,各元素之间没有严格上的物理上的顺序关系
算法:问题之解法也
有限的步骤,解决逻辑或数学上的问题,这一门学科我们叫做算法(Algorithms)
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元素的内容。例如拷贝、查找、删除等等
-
非质变算法:是指在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:容器和算法之间的的粘合剂
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。