C程序設(shè)計(jì)教程14

1、11:43:011C+程序設(shè)計(jì)教程(第二版)第十四章 模板 Chapter 14 Template 11:43:012n思考角度 C+程序是一些類型和函數(shù),編程就是設(shè)計(jì)類型和函數(shù),然后按C+的程序結(jié)構(gòu)來(lái)組織n模板編程 世界上萬(wàn)事萬(wàn)物都具有相似性，許多類型和函數(shù)盡管處理的數(shù)據(jù)不同，但其行為也具有相似性，將相似的類型歸為類型族以及相似的函數(shù)歸為函數(shù)族的編程，就是模板編程n編程方法的側(cè)重點(diǎn) 面向?qū)ο缶幊探鉀Q類體系中的不同對(duì)象行為表現(xiàn) 模板編程解決獨(dú)立類之間的不同對(duì)象行為表現(xiàn) 多個(gè)獨(dú)立類可以是多個(gè)類繼承體系，因而，面向?qū)ο缶幊膛c模板編程是融合的 11:43:013第十四章內(nèi)容 函數(shù)模板函數(shù)模板(Fun

2、ction Template) 函數(shù)模板參數(shù)函數(shù)模板參數(shù)(Function Template Parameter) 類模板類模板(Class Template) 實(shí)例化與定做實(shí)例化與定做(Instantiation & Specialization) 程序組織程序組織(Program Organization) 模板的多態(tài)模板的多態(tài)(Template Polymorphism) 高級(jí)編程高級(jí)編程(Advanced Programming) 11:43:0241. 函數(shù)模板函數(shù)模板 ( Function Template ) 理想的函數(shù)重載是針對(duì)不同的參數(shù)做不同的事而形如:void s

3、a, Type& b) Type t=a; a=b; b=t;的重載函數(shù)系所定義的行為序列卻相同這種形式的重載意義不大11:43:025templatevoid s a, T& b) T t=a; a=b; b=t;定義函數(shù)模板來(lái)表示重載函數(shù)系:模板形參函數(shù)模板名數(shù)據(jù)形參函數(shù)模板定義體11:43:026templatevoid s a, T& b) T t=a; a=b; b=t;int fn() int ix=6, iy=7, ia=3, ib=5; s, iy); /產(chǎn)生函數(shù)定義體 s, ib);/不產(chǎn)生函數(shù)定義體 /.函數(shù)模板用法：以函數(shù)模板名作調(diào)用的函數(shù)名，以數(shù)

4、據(jù)實(shí)參作參數(shù)傳遞11:43:0272. 函數(shù)模板參數(shù)函數(shù)模板參數(shù) ( Function Template Parameter ) 數(shù)據(jù)參數(shù)是按值的性質(zhì)匹配的，所以相容類型之間可以轉(zhuǎn)換類型參數(shù)是按名字匹配的，更為苛刻templatevoid s a, T& b) T t=a; a=b; b=t;int add(double a, double b) return a+b;int fn() int ia=3; double db=5.0; char s1=good, s2=better; int x = add(ia, db); / ok s, db); / error s, s2); /

5、 error11:43:028數(shù)據(jù)形參分:引用型參數(shù)(提倡用本項(xiàng))非引用型參數(shù)引用型參數(shù)分:引用型參數(shù)常量引用型參數(shù)11:43:029常量引用型形參其數(shù)據(jù)形參可以是臨時(shí)對(duì)象，所以，通過(guò)顯式轉(zhuǎn)換可以規(guī)定模板的產(chǎn)生形式但是，不能被隱式轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)形參，其顯式模板類型指定失效：templateT const& max(T const& a, T const& b) return a b ? b : a;int main() int ia=3; double db=6.7; db = max(ia, db); db = max(static_cast(ia), db); db =

6、 max(&ia, db); /error11:43:0210引用型形參其數(shù)據(jù)形參與數(shù)據(jù)實(shí)參捆綁，故數(shù)據(jù)實(shí)參應(yīng)為左值表達(dá)式:templatevoid s a, T& b) T t=a; a=b; b=t;int main() int ia=3; const int cb=5; s, 7); / error:7不是左值不是左值 s(ia, 7); / error:哪怕類型指定也不濟(jì)哪怕類型指定也不濟(jì) s, 7); / error:const int會(huì)引起操作錯(cuò)誤會(huì)引起操作錯(cuò)誤 s int(ia, 7); / error:同上同上11:43:0211函數(shù)模板重載參數(shù)有不同的形式(是

7、否引用，是否常量，甚至是否特殊類型)，不同形式的參數(shù)，其行為不同，這是模板重載的前提例如：字串比較很特殊，指針比較與對(duì)象比較亦不同，則：templateT const& max(T const& a, T const& b) return a b ? b : a;templateT* const& max(T* const& a, T* const& b) return *a *b ? b : a;const char* const& max(const char* const& a, const char* const&

8、 b) return strcmp(a,b) 0 ? b : a;int main() int ia=3, ib=7; char *s1=”hello”, *s2=”hell”; cout*max(&ia, &ib)”n”; / match the second template coutmax(s1, s2)”n”; / match the max function coutmax(ia, ib)”n”; / match the first template11:43:02123. 類模板類模板 ( Class Template ) 有些類，比如容器類，處理一種類型的對(duì)象與處

9、理另一種類型的對(duì)象方法一樣，但是就因?yàn)樘幚淼膶?duì)象類型不同，而使該類必須重新定義例如：CatList, DogList, RabbitList等11:43:0213通過(guò)模板類定義，可以解決代碼冗繁問(wèn)題：templateclass Nodepublic: Node(const T& d):c(d),next(0),pref(0) T c; Node *next, *pref;11:43:0214又例如下面的模板類定義，含有模板類的成員：templateclass List Node *first, *last;public: List(); void add(const T& c)

10、; void remove(const T& c); Node* find(const T& c)const; void print()const; List();11:43:0215與類定義相似，成員函數(shù)的定義一般放在類定義的外部，與類定義分開以有利于程序的組織放在模板類定義外部的成員函數(shù)的定義形式為：templateList:List():first(0),last(0)templatevoid List:add(const T& n) Node* p = new Node(n); p-next = first; first = p; (last ? p-next-

11、pref : last) = p;List構(gòu)造函數(shù)11:43:0216類模板(class template)：側(cè)重于模板的描述(聲明或定義),例如：Templateclass List;/類模板聲明template /類模板定義class List Node *first, *last;public: List(); void add(const T& c); void remove(const T& c); Node* find(const T& c)const; void print()const; List();模板類(template class)：側(cè)重于模板的

12、使用形式例如:List /T為類型形參List /Dog是類型實(shí)參形如List形式的類，不管是形參還是實(shí)參，本書都稱之為為模板類11:43:0217高級(jí)模板概念中，類模板聲明，如：Templateclass List等同于帶有形式類型參數(shù)的模板類，如：List并將其作為一種類型看待所以本質(zhì)上不區(qū)分類模板與模板類11:43:0218模板類的使用將直接透入對(duì)象的構(gòu)造，因此，允許模板類帶有值參便理所當(dāng)然了templateclass bitset;但是類型值參將導(dǎo)致不同的類模板描述，因而決定了不同的值參值，生成不同的模板類bitset a;bitset b;a = b; / error值參值應(yīng)為編譯能

13、識(shí)別的常量，值參多為整型.11:43:02194. 實(shí)例化與定做實(shí)例化與定做 ( Instantiation & Specialization ) 實(shí)例化遵循一次定義原則第一次用特定的類型實(shí)參使用模板類時(shí)，將引起類模板的實(shí)例化(產(chǎn)生類定義)List dList;/產(chǎn)生實(shí)例化List eList;/不再實(shí)例化第一次用特定的類型實(shí)參使用模板函數(shù)時(shí)，將引起函數(shù)模板的實(shí)例化(產(chǎn)生函數(shù)定義)11:43:0220實(shí)例化與實(shí)施的操作有關(guān)，構(gòu)造對(duì)象所觸發(fā)的實(shí)例化，只實(shí)例化其構(gòu)造函數(shù)，不實(shí)例化類模板的其他成員函數(shù)但可以通過(guò)顯式請(qǐng)求，強(qiáng)制整體實(shí)例化template List;/實(shí)例化整個(gè)模板類List d

14、List;/實(shí)例化構(gòu)造函數(shù)dList.add(3.6);/實(shí)例化add成員dList.add(5.8);/不再實(shí)例化，只是簡(jiǎn)單調(diào)用List iList;/不再實(shí)例化iList.add(5);/不再實(shí)例化11:43:0221對(duì)于特定的類型實(shí)參，希望其行為不同于類模板所規(guī)定的操作，可以根據(jù)該實(shí)參來(lái)定做，定做的模板稱為模板鑄件(或稱特制模板),如:templateclass List Node *first, *last;public: List(); void add(const Cat& c); void remove(const Cat& c); Node* find(cons

15、t Cat& c)const; void print()const; List();11:43:0222模板鑄件可為類，亦可為模板若為模板，則其定做稱為局部定做 templateclass A . ;局部定做1templateclass A ; /A為模板局部定做2templateclass A ; /A為模板使用時(shí)要注意：A dCat; /按A匹配A dd;/按A匹配A cCat; /錯(cuò):A還是A?11:43:02235. 程序組織程序組織 ( Program Organization ) 包含方式模板使用的方式,不但創(chuàng)建了模板函數(shù)定義或模板類定義,還實(shí)施了函數(shù)調(diào)用,或者創(chuàng)建了對(duì)象,

16、實(shí)施了對(duì)象操作.因此,除了需要函數(shù)模板聲明或類模板定義之外,還需要函數(shù)模板定義和類模板的實(shí)現(xiàn).也就是說(shuō),任何使用模板之前,編譯應(yīng)該能夠事先看到整個(gè)模板的說(shuō)明.這就是包含方式的由來(lái).11:43:0224模板使用/x.cpp#include”tlist.h”int main() List dList; dList.add(3.6); dList.print(); List iList; iList.add(5); iList.add(8); iList.print();模板說(shuō)明/ tlist.h#ifndef TLIST#define TLISTtemplatestruct Node . ;tem

17、plate /類模板定義class List . ;template /類模板成員函數(shù)實(shí)現(xiàn)List:List():first(0),last(0)templatevoid List:add(const T& n) . / .#endif / TLIST11:43:0225分離方式通過(guò)關(guān)鍵字export來(lái)規(guī)定編譯和鏈接模板的方式，分離模板定義和模板實(shí)現(xiàn)，讓使用模板者無(wú)須與模板實(shí)現(xiàn)見面11:43:0226模板實(shí)現(xiàn)/ tlist.cpp#include”tlist.h”export templateList:List():first(0),last(0)export templatevoid

18、 List:add(const T& n) . / .模板定義/ tlist.h#ifndef TLIST#define TLISTtemplatestruct Node . ;export template /類模板定義class List . ;#endif / TLIST模板使用(與包含方式同)/x.cpp#include”tlist.h”int main() List dList; dList.add(3.6); dList.print(); List iList; iList.add(5); iList.add(8); iList.print();11:43:02276. 模

19、板的多態(tài)模板的多態(tài) ( Template Polymorphism ) 不同類型的對(duì)象，作相同名字的操作，卻表現(xiàn)為不同的行為，便是多態(tài)虛函數(shù)所表現(xiàn)的多態(tài)是基于類繼承體系的，而模板的多態(tài)卻適合于任何孤立的類由對(duì)象捆綁同名操作，以求識(shí)別不同的行為，得等到運(yùn)行過(guò)程中獲得傳遞的對(duì)象之后動(dòng)多態(tài)由實(shí)例化模板類，進(jìn)而創(chuàng)建對(duì)象，來(lái)規(guī)定對(duì)象的操作，便可以在對(duì)象創(chuàng)建中，確定對(duì)象未來(lái)將要進(jìn)行捆綁的同名操作的行為靜多態(tài)11:43:0228靜多態(tài)class Dog;class Cat;templateclass List;templatevoid fn(list& a) a.print(); /其行為取決于a的類型 int main() List dlist; dlist.add(); List clist; clist.add(); fn(dlist);/定義void fn(list) fn(clist);/定義fn的重載函數(shù)11:43:02297. 高級(jí)編程高級(jí)編程 ( Advanced Programming ) 靜多態(tài)無(wú)須動(dòng)態(tài)聯(lián)編，而同樣可以實(shí)現(xiàn)多態(tài)/ application1.cpp#include”interfacetv.h”Templatevoid operating(TV& tv) tv.adjus