c++程序設(shè)計(jì)教程第二版

1、18:49:44,1,C++程序設(shè)計(jì)教程(第二版),第十四章 模板 Chapter 14 Template,清華大學(xué)出版社 錢 能,18:49:44,2,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，就是模板編程編程方法的側(cè)

2、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．,18:49:44,3,第十四章內(nèi)容,函數(shù)模板(Function Template) 函數(shù)模板參數(shù)(Function Template Parameter) 類模板(Class Template) 實(shí)例化與定做(Instantiation & S

3、pecialization) 程序組織(Program Organization) 模板的多態(tài)(Template Polymorphism) 高級(jí)編程(Advanced Programming),18:49:44,4,1. 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 swap(Type& a, Type& b){ Type t=a; a

4、=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．,18:49:44,5,,templatevoid swap(T& 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,18:49:44,6,templatevoid swap(T& a, T& b){ T t=a; a=b;

5、 b=t;}int fn(){ int ix=6, iy=7, ia=3, ib=5; swap(ix, iy); //產(chǎn)生函數(shù)定義體 swap(ia, 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)據(jù)實(shí)參作參數(shù)傳遞,,18:49:44,7,2. 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

6、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 swap(T& 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&q

7、uot;; int x = add(ia, db); // ok swap(ia, db); // error swap(s1, s2); // error},18:49:44,8,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),18:49:44,9,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，通過顯式轉(zhuǎn)換可以規(guī)定模板的產(chǎn)生形式．但是，不

8、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 (ia, db); db = max(static_cast(ia), db); db = max(&ia, db); //error},18:49:44,10,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:te

9、mplatevoid swap(T& a, T& b){ T t=a; a=b; b=t;}int main(){ int ia=3; const int cb=5; swap(ia, 7); // error:7不是左值 swap(ia, 7); // error:哪怕類型指定也不濟(jì) swap(cb, 7); // error:con

10、st int會(huì)引起操作錯(cuò)誤 swap(ia, 7); // error:同上},18:49:44,11,函數(shù)模板重載,參數(shù)有不同的形式(是否引用，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 T* con

11、st& max(T* const& a, T* const& b){ return *a < *b ? b : a;}const char* const& max(const char* const& a, const char* const& b){ return strcmp(a,b) < 0 ? b : a;}int main(){ int ia=3

12、, ib=7; char *s1=”hello”, *s2=”hell”; cout<<*max(&ia, &ib)<<”\n”; // match the second template cout<<max(s1, s2)<<”\n”; // match the max function cout<<max(ia, ib)<&l

13、t;”\n”; // match the first template},18:49:44,12,3. 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,18:49:44,13,通過模板類定義，可以解決代碼冗繁問題：templatecl

14、ass Node{public: Node(const T& d):c(d),next(0),pref(0){} T c; Node *next, *pref;};,18:49:44,14,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);

15、 void remove(const T& c); Node* find(const T& c)const; void print()const; ~List();};,18:49:44,15,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){}tem

16、platevoid List::add(const T& n){ Node* p = new Node(n); p->next = first; first = p; (last ? p->next->pref : last) = p;},List構(gòu)造函數(shù),18:49:44,16,類模板(class template)：側(cè)重于模板的描述(聲明或定義),例如：Templateclass L

17、ist;//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

18、板類(template class)：側(cè)重于模板的使用形式例如:List //T為類型形參List //Dog是類型實(shí)參形如List形式的類，不管Ｔ是形參還是實(shí)參，本書都稱之為為模板類,18:49:44,17,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．,18:49:44,18,模板類的使

19、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)為編譯能識(shí)別的常量，值參多為整型.,18:49:44,19,4. 實(shí)例化與定做 ( Instantiation & Specialization ),

20、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)．,18:49:44,20,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)．但可以通過顯式請(qǐng)求，強(qiáng)制整體實(shí)例化．,template Li

21、st;//實(shí)例化整個(gè)模板類List dList;//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,18:49:44,21,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

22、 List{ Node *first, *last;public: List(); void add(const Cat& c); void remove(const Cat& c); Node* find(const Cat& c)const; void print()const; ~List();};,18:49:44,22,模板鑄件可為類，亦可為模板．若為模板，則其定做稱為局部

23、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?,18:49:44,23,5. 程序組織 ( Program Organization ),包含方式模板使用的方式,

24、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,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,任何使用模板之前,編譯應(yīng)該能夠事先看到整個(gè)模板的說明.這就是包含方式的由來(lái).,18:49:44,24,模板使用//x.cpp#include”tlist.h”int main(){ List dList; dList.add(3.6); dLis

25、t.print(); List iList; iList.add(5); iList.add(8); iList.print();},模板說明// tlist.h#ifndef TLIST#define TLISTtemplatestruct Node{ ... };template //類模板定義class List{ ... };template //類模板成員函數(shù)實(shí)現(xiàn)List::List():f

26、irst(0),last(0){}templatevoid List::add(const T& n){ ... }// ...#endif // TLIST,18:49:44,25,分離方式通過關(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．,18:49:44,26,模板實(shí)現(xiàn)// tlist.cpp#include”tlist.h”export te

27、mplateList::List():first(0),last(0){}export templatevoid 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{ ... };#end

28、if // 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();},18:49:44,27,6. 模板的多態(tài) ( Template Polymo

29、rphism ),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)行過程中獲得傳遞的對(duì)象之后——?jiǎng)佣鄳B(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)．,18:49:44,28,靜多態(tài)class Dog{…};class C

30、at{…};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)},

31、18:49:44,29,7. 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.adjustVolume(); tv.switchChannel();},// interfacetv.h#ifndef H

32、EADER_INTERFACETV#define HEADER_INTERFACETVtemplateclass InterfaceTV{ TV tv;public: void adjustVolume(){ tv.adjustVolume(); } void switchChannel(){ tv.switchChannel(); }};#endif // HEADER_INTE

33、RFACETV,18:49:44,30,抽象編程代碼// application2.cpp#include”interfacetv.h”#include”sony.h”#include”natinal.h”void f(){ InterfaceTV ts; ts.operating(); InterfaceTV tn; tn.operating();},sony類定義與實(shí)現(xiàn)代碼// sony.h// so

34、ny.cppNational類定義與實(shí)現(xiàn)代碼// national.h// national.cpp,18:49:44,31,泛型編程,模板編程是歸納類族和函數(shù)族的編碼工作．泛型編程是解決具體問題的編程，包括應(yīng)用編程．與面向?qū)ο缶幊滔嗪魬?yīng)，是一種利用靜多態(tài)技術(shù)來(lái)展示對(duì)象行為的編程方法．由于實(shí)際情況中，充斥著類的繼承體系與別的類繼承體系甚至孤立類的交互作用，所以，問題解決方案中往往面向?qū)ο缶幊膛c泛型編程兩種方法并用．動(dòng)多態(tài)與靜多