C++ 实现 STL 标准库和算法(二)template 编程和迭代器粗解 实验楼笔记
2019-07-16 09:32
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迭代器
迭代器种类和使用
[/ul]
一、template 编程和迭代器粗解
1.1 实验内容
本节内容主要讲述 c++11 模板的用法,以后的代码中会大量的用到模板的知识。同时简单讲解迭代器的相关知识,为后面容器和算法的内容作铺垫。1.2 实验知识点
- 模板编程 [ul] 基本语法
- 模板函数
- 类模板和成员模板
- 模板类中的静态成员
- typename和class
-
迭代器详解
基本语法
模板编程是 STL 的基石,也是 c++11 的核心特性之一。模板是相对于编译器而言,顾名思义就是向编译器提供一个处理事务的模板,以后需要处理的东西,如果都是这个事务类型,那么统统用这个模板处理。 三、函数模板 模板的基本语法如下: template <typename/class T> template 告诉编译器,接下来是一个模板 ,typename 和 class 都是关键字,在这里二者可以互用没有区别。在< >中 T 叫做模板形参,一旦模板被实例化,T 也会变成具体的类型。接下来,我们看一个例子。 代码实例: template <typename T> T add(const T lva ,const T rva) { T a ; a = lva + rva ; return a; } 这是一个模板函数的简单实例,所有模板函数在开始都需要 template 语句,以告诉编译器这是一个模板和参数等必要信息,当然里面的 T 可以取任意你喜欢的名字 ,模板参数个数也是任意更换的。 还要提醒的一点是:template <typename T1 ,typename T2 = int>函数模板是支持默认参数的,T1 、T2顺序在默认情况下是可以任意的,不用严格按照从右到左的顺序。 然后就是使用了,我们可以写出add(1,2) 这样的函数,也可以写出add(2.5,4.6)这样的函数,向 add 函数提供参数时,编译器会自动分析参数的类型,然后将所有用到 T 定义的换成相对性的类型,以上的两个函数在编译期间会生成 int add(const int lva ,const int rva) { int a ; a = lva + rva ; return a; } double add(const double lva ,const double rva) { double a ; a = lva + rva ; return a; } 这样的两个具体函数。如果我们使用add(1,2.0)是会报错的,编译器无法找到add(int,double)。大家可以自己分析一下为什么。 四、类模板和成员模板类模版
c++11 不仅支持对函数的模板化,也支持对类的模板,下面来看基本的语法是怎样的: template <class T> class Myclass { T a; public: T add(const T lva ,const T rva); }; template <class T> T Myclass<T>::add(const T lva, const T rva) { a = lva + rva; return a; } 这是一个简单并且典型的类模板,在程序中给出模板并不能使用它,还必须实例化,比如: Myclass<int> A; //用 int 实例化一个类A Myclass<double> B; //用 double 实例化一个类B 当程序编译到这里时就会按照我们给出的类型,声明两组类和两组类函数。注意,在这里我们一定要显式给出类型 T 。类模板不像是函数模板 ,函数模板会根据参数推断类型。 当然类模板也支持默认参数,但是类模板必须严格从右往左默认化。成员模板
模板的使用范围是广泛的,不仅可以用作函数模板,类模板,还可以用作 class ,struct ,template class 的成员。而要实现 STL 这是我们必须掌握和使用的特性。我们先看一个简单的例子,用上面的类改编而来: template <class T> class Myclass { public: T a; template <typename type_1 , typename type_2> type_1 add(const type_1 lva ,const type_2 rva); }; template <class T> template <typename type_1,typename type_2> type_1 Myclass<T>::add(const type_1 lva, const type_2 rva) { a = lva + rva; return a; } 在类的声明中使用了一个嵌套的模板声明。且通过作用域运算符 :: 指出 add 是类的成员,需要注意的一点,有些编译器不支持模板成员,而有些编译器不支持在类外定义。我们默认大家的编译器都支持。模板如此强大,甚至允许我们在模板类中再建立模板类: template <class T> class Myclass { public: T a; template <typename type_1 , typename type_2> type_1 add(const type_1 lva ,const type_2 rva); template <class type_3> class Myclass_2; // 声明放在这里,具体定义放在类外进行。 Myclass_2<T> C; // 定义一个Myclass_2 类 A。使用 T 进行实例化 }; template <class T> template <typename type_1,typename typ 8000 e_2> type_1 Myclass<T>::add(const type_1 lva, const type_2 rva) { a = lva + rva; return a; } template <class T> template <class type_3> class Myclass<T>::Myclass_2 { public: type_3 value; type_3 sub(const type_3 a , const type_3 b) {vlaue = a - b;} }; 当然我们暂时还用不到这样复杂的东西,这里只是展现了模板的部分特性。 五、模板类中的静态成员 我们知道,在类中定义的静态成员是存储在静态区中,被所有类对象共享,并不属于某一个类所有,同样的在模板类中的静态成员也不会被复制多份,而是被同类实例化的类对象共享,比如所有 int 和所有 double 的类对象,享有相互独立的静态变量。也可以说是编译器生成了 int 和 double 两个版本的类定义。 六、typename 和 class typename和class是模板中经常使用的两个关键词 ,在模板定义的时候没有什么区别。以前用的是 class,后来 c++ 委员会加入了 typename。因为历史原因,两个是可以通用的。对有些程序员来说,在定义类模板的时候,常常使用 class 作为关键字,增加代码可读性。其它则用 typename,上面的代码大都遵循这样的标准,但是并无强制规定。但是如果二者没有差别,为什么还要加入typename呢?c++标准委员会不会增加无用的特性,让我们来看一个例子: class Myclass{ public: Myclass(); typedef int test; //定义类型别名 } template <class T> class Myclass2{ public: Myclass2(); T::test *a // 声明一个指向T::test类型的指针。 // typename T::test * a } 以上的代码没有全部写完,大家觉得编译器能够过吗?答案是不能,因为在 c++ 中,允许我们在类中定义一个类型别名,且使用的时候和类名访问类成员的方法一样。这样编译器在编译的时候就会产生二义性,它根本不知道这是一个类型还是别名,所以我们加上 typename 显式说明出来。当然如果这里没有二义性,比如Myclass ::test * a ,加上 typename 是会报错的。此外,在 class 的 STL 底层还有一个特性,用于保留模板参数,但是在 c++17 中已经舍弃,所以我们没有讲。 七、实验总结 模板是 c++ 最重要的特性之一,模板函数、模板类、类中的模板函数、类中的模板类、模板类中的模板类等等,可以写出太多强大的代码,这也是模板的魅力所在,而 STL 就是基于模板的,大家一定要掌握模板的基本用法。引用《c++ primer》, 《STL 源码解析》
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