C 程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)模板解析

1、C+面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)教程,第3章 模板,3.1 模板的概念,模板,使用模板可以建立具有通用類型的函數(shù)庫或類庫，為一系列邏輯功能相同而數(shù)據(jù)類型不同的函數(shù)或類創(chuàng)建框架 模板提供了一種重用程序源代碼的有效方法，方便了大規(guī)模的軟件開發(fā),模板的概念,模板的本質(zhì)就是將所處理的數(shù)據(jù)類型說明為參數(shù)，模板是對(duì)具有相同特性的函數(shù)或類的再抽象，將程序所處理的數(shù)據(jù)的類型參數(shù)化，這樣可使一段程序代碼能用于處理多種不同類型的數(shù)據(jù)。 C+程序由類和函數(shù)組成，類對(duì)應(yīng)類模板，函數(shù)對(duì)應(yīng)函數(shù)模板。,引入函數(shù)模板,考察三個(gè)Swap()函數(shù)，分別用于交換兩個(gè)整型數(shù)、交換兩個(gè)浮點(diǎn)實(shí)型數(shù)以及交換兩個(gè)雙精度實(shí)型數(shù) 這三個(gè)Swap()函數(shù)的功

2、能完全一樣，只有所處理的數(shù)據(jù)的類型不同,void Swap(int / 通過循環(huán)賦值交換x,y 這樣得到可以將任一類型ElemType的兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行互換的函數(shù)模板。,引入類模板,三個(gè)類Integer、Float和Double分別用來處理整型數(shù)、浮點(diǎn)型實(shí)數(shù)以及雙精度實(shí)型數(shù) 這三種類的處理功能完全一樣，只有所處理的數(shù)據(jù)的類型不同,/ 聲明整型類 class Integer private: / 數(shù)據(jù)成員 int num;/ 數(shù)據(jù)值 public: / 公有函數(shù) Integer(int n = 0): num(n) / 構(gòu)造函數(shù) void Set(int n) num = n; / 設(shè)置數(shù)據(jù)值 in

3、t Get() const return num; / 返回?cái)?shù)據(jù)值 ;,/ 聲明浮點(diǎn)型實(shí)數(shù)類 class Float private: / 數(shù)據(jù)成員 float num;/ 數(shù)據(jù)值 public: / 公有函數(shù) Float(float n = 0): num(n) / 構(gòu)造函數(shù) void Set(float n) num = n; / 設(shè)置數(shù)據(jù)值 float Get() const return num; / 返回?cái)?shù)據(jù)值 ;,/ 聲明雙精度實(shí)型數(shù)類 class Double private: / 數(shù)據(jù)成員 double num;/ 數(shù)據(jù)值 public: / 公有函數(shù) Double(doubl

4、e n = 0): num(n) / 構(gòu)造函數(shù) void Set(double n) num = n; / 設(shè)置數(shù)據(jù)值 double Get() const return num; / 返回?cái)?shù)據(jù)值 ;,上面實(shí)現(xiàn)的三個(gè)類的功能相同，處理不同類型的數(shù)據(jù)，采用類型參數(shù)化后就可以處理任何類型，這樣就得到了類模板。使用類模板定義如下： template class Number private: / 數(shù)據(jù)成員 ElemType num;/ 數(shù)據(jù)值 public: / 公有函數(shù) Number(ElemType n = 0): num(n) / 構(gòu)造函數(shù) void Set(ElemType n) num =

5、 n; / 設(shè)置數(shù)據(jù)值 ElemType Get() const return num; / 返回?cái)?shù)據(jù)值 ; 函數(shù)模板或類模板是對(duì)一族函數(shù)或類的描述，模板是使用類型參數(shù)來產(chǎn)生一組函數(shù)或類的機(jī)制。,3.2 函數(shù)模板及模板函數(shù),3.2.1 函數(shù)模板及模板函數(shù),函數(shù)模板是對(duì)一批功能相同的函數(shù)的說明，它不是某一個(gè)具體的函數(shù)，是帶有“類型參數(shù)”的一種描述 模板函數(shù)是將函數(shù)模板內(nèi)的“數(shù)據(jù)類型參數(shù)”取某一個(gè)具體的數(shù)據(jù)類型后得到的具體函數(shù),函數(shù)模板的聲明,使用函數(shù)模板的方法是先聲明函數(shù)模板，最后才可以調(diào)用模板函數(shù)。函數(shù)模板的一般聲明格式如下： template 返回值類型 函數(shù)模板名(形參表) / 函數(shù)模板體

6、 或 template 返回值類型 函數(shù)模板名(形參表) / 函數(shù)模板體 ,template是一個(gè)聲明模板的關(guān)鍵字,class在此處并不表示類的意思，只是借用此關(guān)鍵字表示其后是一個(gè)類型參數(shù)。 class 類型參數(shù)名1, class 類型參數(shù)名2, 稱為類型形參表,class和typename的作用相同，都是表示“類型名”，二者可以互換,生成模板函數(shù),在使用函數(shù)模板時(shí)，用實(shí)際的數(shù)據(jù)類型具體化（實(shí)例化）類型形式參數(shù)，再根據(jù)實(shí)際參數(shù)類型，生成一個(gè)具體的模板函數(shù)，模板函數(shù)的函數(shù)體與函數(shù)模板的函數(shù)模板體完全相同，在程序中真正執(zhí)行的代碼是模板函數(shù)的代碼 在使用函數(shù)模板生成模板函數(shù)時(shí)，有兩種使用方式： 函數(shù)

7、模板名(實(shí)參表) 或 函數(shù)模板名(實(shí)參表) 第一種使用方式將根據(jù)實(shí)參類型確定類型形式參數(shù)的具體類型，第二種方式中，稱為類型實(shí)參表，用類型實(shí)參表中的類型來確定類型形式參數(shù)具體類型,只有一個(gè)類型形參的函數(shù)模板,類型形參表與類型實(shí)參表通常只包含一個(gè)類型，這時(shí)函數(shù)模板的一般聲明格式如下： template 返回值類型 函數(shù)模板名(形參表) / 函數(shù)模板體 或 template 返回值類型 函數(shù)模板名(形參表) / 函數(shù)模板體 使用函數(shù)模板生成模板函數(shù)的兩種使用方式如下： 函數(shù)模板名(實(shí)參表) 或 函數(shù)模板名(實(shí)參表),例3.1 函數(shù)模板定義與模板函數(shù)的調(diào)用示例。 template ElemType M

8、ax(ElemType x, ElemType y)/ 求x,y的最大值 return x (2, 3.0) endl; / 輸出2,3.0的最大值 system(PAUSE);/ 調(diào)用庫函數(shù)system( )，輸出系統(tǒng)提示信息 return 0; / 返回值0, 返回操作系統(tǒng) ,程序運(yùn)行時(shí)屏幕輸出如下： 2和3的最大值為3 2和3.0的最大值為3 請(qǐng)按任意鍵繼續(xù). . .,3.2.2 重載函數(shù)模板,模板函數(shù)類似于重載函數(shù)，但是同一個(gè)函數(shù)模板類型形式參數(shù)具體化（實(shí)例化）后的所有模板函數(shù)必須執(zhí)行相同的代碼，而函數(shù)重載時(shí)在每個(gè)函數(shù)體中可以執(zhí)行不同的代碼，當(dāng)遇到執(zhí)行的代碼有所不同時(shí)，不能簡(jiǎn)單地套用函

9、數(shù)模板，而應(yīng)像重載普通函數(shù)那樣進(jìn)行重載 重載函數(shù)模板后，編譯器首先匹配類型完全相同的函數(shù)，如果匹配失敗，再尋求函數(shù)模板進(jìn)行匹配,例3.2 重載函數(shù)模板與匹配過程示例。 template ElemType Max(ElemType x, ElemType y)/ 求x,y的最大值 return x y ? y : x;/ 返回x,y的最大值 char *Max(char *str1, char *str2)/ 求str1,str2的最大值 return strcmp(str1, str2) 0 ? str2 : str1;/ 返回str1,str2的最大值 int main()/ 主函數(shù)main

10、() cout 2和3的最大值為 Max(2, 3) endl; / 輸出2,3的最大值, 匹配函數(shù)模板 cout China與American的最大值為 Max(China, American) endl; / 輸出China,American的最大值, 匹配函數(shù) system(PAUSE);/ 輸出系統(tǒng)提示信息 return 0; / 返回值0, 返回操作系統(tǒng) ,程序運(yùn)行時(shí)屏幕輸出如下： 2和3的最大值為3 China與American的最大值為China 請(qǐng)按任意鍵繼續(xù). . .,例3.3 重載函數(shù)模板示例。 template ElemType Max(ElemType x, ElemT

11、ype y)/ 求x,y的最大值 return x ElemType Max(ElemType x, ElemType y, ElemType z)/ 求x,y,z的最大值 ElemType m = x ElemType Max(ElemType a, int n)/ 求a0,a1,.,an-1的最大值 ElemType m = a0;/ 假設(shè)a0為最大值 for (int i = 1; i n; i+) if (m ai) m = ai;/ 如ai更大,則將ai賦值給m return m;/ 返回最大值 int main()/ 主函數(shù)main() int a = 1, 9, 7, 5, 6,

12、 3;/ 定義數(shù)組a cout 數(shù)組a的最大元素值為 Max(a, 6) endl; cout 2和3的最大值為 Max(2, 3) endl; cout 2,3和8的最大值為 Max(2, 3, 8) endl; system(PAUSE);/ 輸出系統(tǒng)提示信息 return 0; / 返回值0, 返回操作系統(tǒng) ,程序運(yùn)行時(shí)屏幕輸出如下： 數(shù)組a的最大元素值為9 2和3的最大值為3 2,3和8的最大值為8 請(qǐng)按任意鍵繼續(xù). . .,3.3 類模板及模板類,類模板及模板類,類模板與函數(shù)模板類似，它可以為任意數(shù)據(jù)類型定義一種模板，使用不同的數(shù)據(jù)類型具體化（實(shí)例化）類模板生成具體的模板類 模板類可

13、以用于生成具體的對(duì)象 ,3.3.1 類模板的聲明及生成模板類,定義一個(gè)類模板與定義函數(shù)模板的格式類似，必須以關(guān)鍵字template開始，類模板的一般聲明形式如下： template class 類模板名 / 類模板體 ; 或 template class 類模板名 / 類模板體 ;,類模板的聲明,類模板的成員函數(shù)不但可以在類模板內(nèi)定義，也可以在類模板外定義。在類模板外定義時(shí)，需要采用下面的形式： template 返回值類型 類模板名:成員函數(shù)名(形參表) / 函數(shù)體 或 template 返回值類型 類模板名:成員函數(shù)名(形參表) / 函數(shù)體 ,生成模板類,類模板必須用實(shí)際的數(shù)據(jù)類型具體化（

14、實(shí)例化）類型形式參數(shù)，再根據(jù)實(shí)際參數(shù)類型，生成一個(gè)具體的模板類，然后才能用來生成具體對(duì)象。 一般語法格式如下： 類模板名 對(duì)象名;,例3.4 使用類模板的實(shí)例。 / 聲明數(shù)組類模板 template class Array private: / 數(shù)據(jù)成員 ElemType *elem;/ 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)元素值 int size;/ 數(shù)組元素個(gè)數(shù) public: / 公有函數(shù) Array(int sz): size(sz) elem = new ElemTypesize; / 構(gòu)造函數(shù) Array() delete elem; / 析構(gòu)函數(shù) void SetElem(ElemType e, int i

15、);/ 設(shè)置元素值 ElemType GetElem(int i) const;/ 求元素值 ; ,例3.4 使用類模板的實(shí)例。 template void Array:SetElem(ElemType e, int i)/ 設(shè)置元素值 if (i = size) cout ElemType Array:GetElem(int i) const/ 求元素值 if (i = size) cout 元素位置錯(cuò)! endl; exit(2);/ 退出程序的運(yùn)行,返回到操作系統(tǒng) return elemi;/ 返回元素值elemi ,例3.4 使用類模板的實(shí)例。 int main()/ 主函數(shù)main(

16、) int a = 1, 9, 7, 5, 6, 3;/ 定義數(shù)組a int n = 6;/ 數(shù)組元素個(gè)數(shù) Array obj(n);/ 定義數(shù)組對(duì)象 int i;/ 定義臨時(shí)變量 for (i = 0; i n; i+) obj.SetElem(ai, i);/ 設(shè)置數(shù)組元素值 for (i = 0; i n; i+) cout obj.GetElem(i) ;/ 輸出元素值 cout endl;/ 換行 system(PAUSE);/ 輸出系統(tǒng)提示信息 return 0; / 返回值0, 返回操作系統(tǒng) ,程序運(yùn)行時(shí)屏幕輸出如下： 1 9 7 5 6 3 請(qǐng)按任意鍵繼續(xù). . .,3.3.2

17、在類型形參表中包含常規(guī)參數(shù)的類模板,在聲明類模板的類型形參表中還可以包含常規(guī)參數(shù)，常規(guī)參數(shù)經(jīng)常是數(shù)值。 對(duì)模板類進(jìn)行具體化(實(shí)例化)為模板類時(shí)給這些常規(guī)參數(shù)所提供的表達(dá)式必須是常量表達(dá)式。,例3.5 使用在類型形參表中包含常規(guī)參數(shù)的實(shí)例。 / 聲明數(shù)組類模板 template class Array private: / 數(shù)據(jù)成員 ElemType elemsize;/ 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)元素值 public: / 公有函數(shù) void SetElem(ElemType e, int i);/ 設(shè)置元素值 ElemType GetElem(int i) const;/ 求元素值 ; ,常規(guī)參數(shù),例3.5 使用在類型形參表中包含常規(guī)參數(shù)的實(shí)例。 template void Array:SetElem(ElemType e, int i)/ 設(shè)置元素值 if (i = size) cout ElemType Array:GetElem(int i) const/ 求元素值 if (i = size) cout 元素位置錯(cuò)! endl; exit(2);/ 退出程序的運(yùn)行,返回到操作系統(tǒng) return elemi;/ 返回元素值elemi ,例3.5 使用在類型形參表中包含常規(guī)參數(shù)的實(shí)例。 int main()/ 主函數(shù)main() int a = 1, 9,