Visual C++基礎教程課件：模板

模板6.1函數(shù)模板

6.2類模板

習題

6.1函數(shù)模板在程序設計中經(jīng)常會出現(xiàn)這樣的情況：多個函數(shù)的參數(shù)個數(shù)相同，函數(shù)的代碼(功能)也相同，但是它所處理的數(shù)據(jù)的類型不相同。對于這種情況，我們可以使用函數(shù)的重載定義多個函數(shù)名相同的函數(shù)。但即使是設計為重載函數(shù)也只是使用相同的函數(shù)名，函數(shù)體仍然需要分別定義。例如，第2章例2.17中對求絕對值函數(shù)的重載，三個函數(shù)只是參數(shù)的類型和返回值類型不同，其功能完全一樣。實際上，若“提取”出一個可變化的類型參數(shù)T，則三個求絕對值函數(shù)可以“綜合”成為如下的同一個函數(shù)：

Tabs(Tx) { returnx>=0?x:-x; }這正是函數(shù)模板的概念。使用函數(shù)模板可以避免函數(shù)體的重復定義，通過創(chuàng)建一個通用的函數(shù)，來支持多種不同類型的參數(shù)。實際上，標準C++庫就建立在模板的基礎上。函數(shù)模板的定義形式為：

template<class類型參數(shù)>

返回類型函數(shù)名(參數(shù)表) { 函數(shù)體 }其中，template是聲明模板的關鍵字；“類型參數(shù)”是一個用戶定義的標識符，用來表示任意一個數(shù)據(jù)類型。當在程序中使用函數(shù)模板時，系統(tǒng)將用實際的數(shù)據(jù)類型來代替“類型參數(shù)”，生成一個具體的函數(shù)，這個過程稱為模板的實例化，這個由函數(shù)模板生成的具體函數(shù)稱為模板函數(shù)。關鍵字“class”用來指定類型參數(shù)，與類無關，也可以使用typename來指定。【例6.1】定義求絕對值的函數(shù)模板，用來求不同數(shù)據(jù)類型值的絕對值。

#include<iostream.h>

template<classT>

Tabs(Tx)

{ returnx>=0?x:-x;

}

voidmain()

{ inti=50; doubled=-3.25; longl=-723358; cout<<abs(i)<<endl; //類型參數(shù)T被替換為int cout<<abs(d)<<endl; //類型參數(shù)T被替換為double cout<<abs(l)<<endl; //類型參數(shù)T被替換為long

}程序運行結果為：

50

3.25

723358

函數(shù)模板可以像一般函數(shù)那樣直接使用。函數(shù)模板在使用時，編譯器根據(jù)函數(shù)的參數(shù)類型來實例化類型參數(shù)，生成具體的模板函數(shù)。因此，程序中生成了三個模板函數(shù)：intabs(int)，doubleabs(double)和longabs(long)。說明：

(1)在定義函數(shù)模板時，template所在的行與函數(shù)定義語句之間不允許有別的語句。例如，下面的程序段在編譯時會產(chǎn)生錯誤：

template<classT> inti;//錯誤，中間不允許有別的語句

Tabs(Tx) { returnx>=0?x:-x; }

(2)在函數(shù)模板中允許使用多個類型參數(shù)。當函數(shù)模板中有多個類型參數(shù)時，多個類型參數(shù)間用逗號分隔，且每個類型參數(shù)前都必須有關鍵字class?！纠?.2】具有兩個類型參數(shù)的函數(shù)模板。

#include<iostream.h>

template<classT1,classT2>

voidmyfunc(T1x,T2y)

{ cout<<"x="<<x<<",y="<<y<<endl;

}

voidmain()

{ myfunc(15,"guo"); myfunc(5.3,42L); myfunc("li","yang");

}程序運行結果為：

x=15,y=guo

x=5.3,y=42

x=li,y=yang

此程序中，根據(jù)函數(shù)模板的調用生成了三個模板函數(shù)：voidmyfunc(int,char*)、voidmyfunc(double,long)和voidmyfunc(char*,char*)。

(3)函數(shù)模板的參數(shù)除了包含類型參數(shù)外，還可以包含具體的已存在的數(shù)據(jù)類型的參數(shù)?！纠?.3】求數(shù)組元數(shù)的和的函數(shù)模板。

#include<iostream.h>

template<classT>

Tsum(T*array,intsize=0)

{ Ttotal=0; for(inti=0;i<size;i++) total+=array[i]; returntotal;

}

voidmain()

{ intiarray[]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}; doubledarray[]={1.1,2.2,3.3,4.4,5.5,6.6,7.7,8.8,9.9,10.10}; cout<<sum(iarray,10)<<endl; //生成模板函數(shù)intsum(int*,int) cout<<sum(darray,10)<<endl; //生成模板函數(shù)doublesum(double*,int)

}

(4)函數(shù)模板可以重載，但要求參數(shù)的個數(shù)不同?！纠?.4】函數(shù)模板的重載。定義兩個同名的函數(shù)模板，分別求一個數(shù)組前size個元素的和與兩個數(shù)組的前size個元素的和。

#include<iostream.h>

template<classType> //求數(shù)組前size個元素的和

Typesum(Type*a,intsize)

{ Typetotal=0; for(inti=0;i<size;i++) total+=a[i]; returntotal;

}

template<classType> //求兩個數(shù)組前size個元素的和

Typesum(Type*a,Type*b,intsize)

{ Typetotal=0; for(inti=0;i<size;i++) total+=a[i]+b[i]; returntotal;

}

voidmain()

{ inta1[10]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}; inta2[8]={2,4,6,8,10,12,14,16}; doubled[]={1.1,2.2,3.3,4.4,5.5,6.6,7.7,8.8,9.9,10.10}; cout<<sum(a1,10)<<endl;

//生成模板函數(shù)intsum(int*,int) cout<<sum(d,10)<<endl; //生成模板函數(shù)doublesum(double*,int) cout<<sum(a1,a2,8)<<endl; //生成模板函數(shù)intsum(int*,int*,int)

}

(5)由函數(shù)模板生成的模板函數(shù)沒有數(shù)據(jù)類型轉換的功能，實例化類型參數(shù)的各模板實參之間必須保持完全一致的類型，否則會產(chǎn)生錯誤?！纠?.5】函數(shù)模板的錯誤調用示例。

#include<iostream.h>

template<classT>

voidswap(T&a,T&b)

{ Ttemp; temp=a; a=b; b=temp;

}

voidmain()

{ inti=10,j=20; doublex=4.5,y=8.3; chara='x',b='y'; cout<<"originali,j:"<<i<<''<<j<<endl; swap(i,j); //正確，生成模板函數(shù)voidswap(int,int) cout<<"swappedi,j:"<<i<<''<<j<<endl; cout<<"originalx,y:"<<x<<''<<y<<endl; swap(x,y);//正確，生成模板函數(shù)voidswap(double,double) cout<<"swappedx,y:"<<x<<''<<y<<endl; cout<<"originala,b:"<<a<<''<<b<<endl; swap(a,b); //正確，生成模板函數(shù)voidswap(char,char) cout<<"swappeda,b:"<<a<<''<<b<<endl; cout<<"originali,a:"<<i<<''<<a<<endl; swap(i,a); //錯誤

cout<<"swappedi,a:"<<i<<''<<a<<endl;

}程序中對函數(shù)模板的調用swap(i,a)產(chǎn)生了錯誤，因為編譯器不能確定函數(shù)模板中類型參數(shù)T是int還是char，這里沒有類型的自動轉換，因而產(chǎn)生了二義性。為了解決這種二義性錯誤，可以采用兩種方法：一是采用強制類型轉換(見例6.6)，二是采用非模板函數(shù)重載函數(shù)模板(見例6.7)?！纠?.6】

#include<iostream.h>

template<classT>

Tmax(Tx,Ty)

{ returnx>y?x:y; }

voidmain()

{ inti=8; charc='a'; cout<<max(i,int(c))<<endl; //正確，生成模板函數(shù)intmax(int,int) cout<<max(char(i),c)<<endl; //正確，生成模板函數(shù)charmax(char,char)

}【例6.7】用普通函數(shù)重載函數(shù)模板解決例6.5中的錯誤。

#include<iostream.h>

template<classT>

voidswap(T&a,T&b)

{ Ttemp; temp=a; a=b; b=temp;

}

voidswap(int&a,char&b)

{ inttemp; temp=a; a=b; b=temp; cout<<"overloadedswap"<<endl;

}

voidmain()

{ inti=70,j=80; doublex=4.5,y=8.3; chara='x',b='y'; cout<<"originali,j:"<<i<<''<<j<<endl; swap(i,j); //生成模板函數(shù)voidswap(int,int) cout<<"swappedi,j:"<<i<<''<<j<<endl; cout<<"originalx,y:"<<x<<''<<y<<endl; swap(x,y); //生成模板函數(shù)voidswap(double,double) cout<<"swappedx,y:"<<x<<''<<y<<endl; cout<<"originala,b:"<<a<<''<<b<<endl; swap(a,b); //生成模板函數(shù)voidswap(char,char) cout<<"swappeda,b:"<<a<<''<<b<<endl; cout<<"originali,a:"<<i<<''<<a<<endl; swap(i,a); //正確，調用普通函數(shù)voidswap(int,char) cout<<"swappedi,a:"<<i<<''<<a<<endl;}程序運行結果如下：

originali,j:7080

swappedi,j:8070

originalx,y:4.58.3

swappedx,y:8.34.5

originala,b:xy

swappeda,b:yx

originali,a:80y

overloadedswap

wappedi,a:121P用普通函數(shù)重載函數(shù)模板時，普通函數(shù)的參數(shù)可以與函數(shù)模板生成的模板函數(shù)不同。例如本例中，函數(shù)模板不可能生成模板函數(shù)voidswap(int,char)；普通函數(shù)的參數(shù)也可以與生成的模板函數(shù)的參數(shù)相同，但此時，重載的普通函數(shù)失去了類型轉換的功能。例如在例6.6中可以用函數(shù)intmax(int,int)對函數(shù)模板進行重載。由于函數(shù)模板Tmax(T,T)也可以生成模板函數(shù)intmax(int,int)，因此，重載的普通函數(shù)不能進行參數(shù)類型的轉換。在C++中，函數(shù)模板的調用與同名函數(shù)的調用方式相同，系統(tǒng)按如下順序進行處理：

(1)搜索程序中參數(shù)表與函數(shù)調用完全相同的函數(shù)，如果找到就調用它。

(2)檢查函數(shù)模板經(jīng)實例化后是否有相匹配的模板函數(shù)，若有就調用它。

(3)檢查是否有函數(shù)可經(jīng)參數(shù)的自動類型轉換后實現(xiàn)參數(shù)匹配，若有則調用它。如果在以上三種情況下都沒有找到匹配的函數(shù)，則按出錯處理。6.2類模板函數(shù)模板只能定義非成員函數(shù)。使用類模板可以使得類中的某些數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)的參數(shù)及返回值取任意數(shù)據(jù)類型。例如，我們設計一個堆棧類，用來對某種數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)進行堆棧的操作。無論堆棧操作的數(shù)據(jù)是什么類型的值，它的操作方式都是相同的，只不過所操作的數(shù)據(jù)的類型不同。這時，就可以將要操作數(shù)據(jù)的類型進行參數(shù)化，定義一個類模板。類模板定義的格式如下：

template<class類型參數(shù)> class類名

{ //類的說明部分

};

例如，下面是一個簡單類模板的示例。

template<classT>

classMyClass

{ private: Tx; public: voidSetX(Ta) { x=a; } TGetX() { returnx; }

};上面定義的類模板中，所有成員函數(shù)的定義都在類模板的說明部分。如果在類的實現(xiàn)部分定義成員函數(shù)，則應使用以下形式：

template<class類型參數(shù)>

函數(shù)返回類型類名<類型參數(shù)>::函數(shù)名(參數(shù)表) { 函數(shù)體 }其中，函數(shù)的返回類型、參數(shù)表中參數(shù)的類型和函數(shù)體類變量的類型都可以是template后說明的“類型參數(shù)”。類模板不代表一個具體的類，而是代表一組類。當使用類模板定義對象時，系統(tǒng)用指定的數(shù)據(jù)類型代替類型參數(shù)，從而將類模板實例化為某個具體的類，這稱為模板類。使用類模板定義對象的格式如下： 類名<類型實參>對象名;其中，“類型實參”是任何已存在的數(shù)據(jù)類型，如果類模板帶有多個類型參數(shù)，則必須為每一個類型參數(shù)指定相應的類型實參?！纠?.8】用于對堆棧進行操作的類模板。

#include<iostream.h>

template<classType>

classStack

{ private: inttop,length; Type*s; public: Stack(int); ~Stack() { delete[]s; } voidPush(Type); TypePop();

};

template<classType>

Stack<Type>::Stack(intn)

{ s=newType[n]; length=n; top=0;

}

template<classType>

voidStack<Type>::Push(Typea)

{ if(top==length) { cout<<"Stackisfull!"<<endl; return; } s[top]=a; top++;

}

template<classType>

TypeStack<Type>::Pop()

{ if(top==0) { cout<<"stackisempty!"<<endl; return0; } top--; returns[top];

}

voidmain()

{ Stack<int>s1(10); Stack<double>s2(10); Stack<char>s3(10); s1.Push(11); s2.Push(1.1); s1.Push(22); s2.Push(2.2); s1.Push(33); s2.Push(3.3); cout<<"pops1:"; for(inti=0;i<3;i++) cout<<s1.Pop()<<''; cout<<endl; cout<<"pops2:"; for(i=0;i<3;i++) cout<<s2.Pop()<<''; cout<<endl; for(i=0;i<10;i++) s3.Push('A'+i); cout<<"pops3:"; for(i=0;i<10;i++) cout<<s3.Pop(); cout<<endl;

}程序運行結果如下：

pops1:332211

pops2:3.32.21.1

pops3:JIHGFEDCBA

程序中定義了一個類模板Stack。其中，數(shù)據(jù)成員length用來記錄堆棧中數(shù)據(jù)的個數(shù)，top用來指示棧頂位置，數(shù)組s用來存放堆棧中的數(shù)據(jù)。使用Push()函數(shù)將數(shù)據(jù)壓入堆棧，使用Pop()函數(shù)彈出棧頂?shù)臄?shù)據(jù)。在主函數(shù)中利用類模板定義了三個對象，分別用來對int、double和char類型的數(shù)據(jù)進行操作。類模板可以有多個模板參數(shù)，在關鍵字template后，多個類型參數(shù)間用逗號分隔，且每個類型參數(shù)前都必須有關鍵字class。例如，下面的示例創(chuàng)建使用兩個類型參數(shù)的類模板?！纠?.9】使用兩個類型參數(shù)的類模板示例。

#include<iostream.h>

template<classT1,classT2>

classMyClass

{ private: T1x; T2y; public: MyClass(T1a,T2b) { x=a;y=b; } voidShow() { cout<<"x="<<x<<",y="<<y<<endl; }

};

voidma