cpp10-模板与泛型编程.ppt

计算机学院计算机网络与信息安全研究室张荣博 面向对象程序设计及C 1 第9章模板与泛型编程 2 模板的概念 C 中常见的问题 voidswap int intmain inta 10 b 20 floatc 1 2 d 2 4 cout a a b b cout c c d c swap a b cout a a b b swap c d cout c c d c return0 3 提出问题 在上面例子中 两个swap函数实现的功能相同 只是参数类型不同 为了实现不同类型的数据交换必须重新编辑函数 造成了重复劳动 面向对象程序设计方法出现的目的之一是实现软件重用 能否提供一种方法将两个函数合并到一起 以节省开发成本 4 解决方法 typedefintDataType voidswap DataType 5 分析问题 当需要交换两个浮点数时可以将DataType定义成float型数据即可 缺点 更改一种数据类型时 需要修改程序源代码 必须重新编译程序 无法解决的问题 如果程序中需要交换多种数据类型之间的数据该怎么办 6 typedefintDataType voidswap DataType intmain inta 10 b 20 floatc 1 2 d 2 4 swap a b swap c d return0 能否将swap函数的形式参数 作为一种无类型的参数 当使用它的时候再将它用具体的参数实现 就像采用滞后捆绑实现多态一样 7 模板的定义 模板本质上就是参数化多态 是一种使用无类型参数来产生一系列函数或类的机制 是C 的一个重要特性 模板可以分为两类 函数模板类模板 8 函数模板与模板函数 函数模板可以用来创建一个通用功能的函数 以支持多种不同形参 进一步简化重载函数的函数体设计 声明方法 template 模板声明Tmax Tx Ty 定义函数模板 return x y x y 9 模板函数 max代表的是一类函数 是函数的集合 要用max进行真正的操作前 先要将模板参数T实例化为一般的类型 如int等 max是一个函数模板 将T实例化的参数称为模板实参 用模板实参实例化的函数称为模板函数 template 模板声明Tmax Tx Ty return x y x y 10 例题 includeusingnamespacestd templateTmax Tx Ty return x y x y voidmain inti 10 j 56 floatx1 50 34f x2 56 34f doubley1 673 36 y2 465 972 cout Themaxofi jis max i j endl cout Themaxofx1 y1is max x1 x2 endl cout Themaxofx2 y2is max y1 y2 endl 11 cout Themaxofi jis max i j endl 当编译器遇到max i j 时 生成函数名max int int 用模板实参int将类型参数T进行了实例化 cout Themaxofx1 y1is max x1 x2 endl 当编译器遇到max x1 x2 时 生成函数名max float float 用模板实参float将类型参数T进行了实例化 cout Themaxofx2 y2is max y1 y2 endl 当编译器遇到max y1 y2 时 生成函数名max double double max y1 y2 用模板实参double将类型参数T进行了实例化 12 因此 上例中max函数可以用显式模板类型的方法写成下面的形势 voidmain inti 10 j 56 floatx1 50 34f x2 56 34f doubley1 673 36 y2 465 972 cout i j x1 x2 y1 y2 endl 13 模板参数表 是由若干个模板参数组成的 各参数间用逗号隔开 每个模板参数均是由类型参数和参数说明两部分 而类型参数指的是class标识符 例如 template 模板声明T1fun T2x T3y 多个不定参数的模板函数的定义 14 注意 一般用T作为模板参数标识符 T代表任意类型 但实质上用任何字母都可以 如 template或template 函数模板小结 15 类模板与模板类的概念 类模板 一个类模板允许用户为类定义一种模式 使得类中的某些数据成员 某些成员函数的参数 某些成员函数的返回值 能取任意类型 它的存在不代表一个具体的 实际的类 而是代表一类的类 是类的集合 16 类模板的定义template 声明一个类模板classclassname intNo Tvalue public TGetValue returnvalue voidSetValue T 17 在类定义体外定义成员函数时 若此成员函数中有模板参数存在 则需在函数体外进行模板声明 并且在函数名前的类名后缀上 templatevoidclassname SetValue T 18 类模板的使用 类模板的使用 类模板的使用实际上是将类模板实例化成一个具体的类 它的格式为 类名对象名 intmain classnameobj obj SetValue 1 0 floattmp obj GetValue 19 举例定义类 includeusingnamespacestd template 声明模板classnode 定义结构模板Tval val取任意类型 即模板参数类型node next 此处node为结构模板 template 声明模板classlist 定义类模板node head 此处node为结构模板intsize public list head NULL size 0 boolinsert Tval voidprint list 链表类模板的定义 20 定义成员函数 插入函数templateboollist insert Tx node nodes newnode if nodes nodes val x nodes next head head nodes size returntrue returnfalse 21 定义成员函数输出函数templatevoidlist print for node p head p p p next coutval 声明模板list list 定义函数模板 其中list为类模板 node temp node为结构模板for node p head p temp p p p next deletetemp 22 类模板的使用voidmain 定义一个整型链表对象 此时传进来的模板参数为listintlist intlist insert 34 intlist insert 54 intlist print 定义一个浮点型链表对象 此时传进来的模板参数为listfloatlist floatlist insert 34 56f floatlist insert 65 4f floatlist print 定义一个字符串型链表对象 此时传进来的模板参数为listcharlist charlist insert windows charlist insert object charlist print 23 类模板总结 24 模板 类 对象 函数之间的关系 25 群体的概念 群体是指由多个数据元素组成的集合体 群体可以分为两个大类 线性群体和非线性群体 线性群体中的元素按位置排列有序 数组 非线性群体不用位置顺序来标识元素 链表 26 泛型编程 将程序写得尽可能通用 将算法从特定的数据结构中抽象出来 成为通用的 C 的模板为泛型程序设计奠定了关键的基础 STL是泛型程序设计的一个范例 容器 container 迭代器 iterator 算法 algorithms 函数对象 functionobject 27 容器 容器类是容纳 包含一组元素或元素集合的对象 异类容器类与同类容器类顺序容器与关联容器七种基本容器 向量 vector 双端队列 deque 列表 list 集合 set 多重集合 multiset 映射 map 和多重映射 multimap 28 容器的接口 通用容器运算符 方法 函数 迭代方法 指针的移动 begin end rbegin rend 访问方法size max size swap empty 29 适配器与迭代器 适配器是一种接口类 栈适配器 为已有的类提供新的接口 目的是简化 约束 使之安全 隐藏或者改变被修改类提供的服务集合 迭代器是面向对象版本的指针 它们提供了访问容器 序列中每个元素的方法 30 算法与函数对象 C 标准模板库中包括70多个算法其中包括查找算法 排序算法 消除算法 记数算法 比较算法 变换算法 置换算法和容器管理等等 函数对象一个行为类似函数的对象 它可以没有参数 也可以带有若干参数 其功能是获取一个值 或者改变操作的状态 31 顺序容器 向量 向量属于顺序容器 用于容纳不定长线性序列 即线性群体 提供对序列的快速随机访问 也称直接访问 向量是动态结构 它的大小不固定 可以在程序运行时增加或减少 向量是应用较多的STL容器 例题 求范围2 N中的质数 N在程序运行时由键盘输入 32 10 1 cpp include include include 包含向量容器头文件usingnamespaces