c++泛型编程

c++泛型编程

一、简介

1.概念:编写不依赖具体数据类型的程序;

2.目的:将程序尽可能通用,将算法从数据中抽象出来,成为通用算法;

3.应用:①c++ 中模板为泛型程序设计提供了基础;②STL(标准模板库)是泛型程序设计的例子;

二、模板

1.概念:模板是一种用不确定类型参数来产生一系列函数和类的机制。通过模板我们可以产生类和函数的集合,使他们操作不同的数据类型,从而避免为每一种数据类型单独产生一个函数和类。

2.分类:函数模板、类模板

3.函数模板、类模板

4.工作方式:

①函数模板实例化->模板函数;
②类模板->实例化->模板类->对象;

三、函数模板

1.定义:函数模板使用和普通函数一样,但它的类型可以通过参数来传递,在函数定义时可以不指明具体的数据类型;当发送函数调用时,编译器可根据传入的实参自动推断数据类型。

2.语法

template 函数模板定义关键字
<模板参数表> 用来定义函数参数的类型,参数类型有一个或多个,用逗号隔开,不能为空;
模板参数表中,class\typename 没有任何区别,都是类型表示符号,可以随意替换。

template <<模板参数表>>
<返回值类型> < 函数名>(<参数表>)
{
	<函数表>
}
template <typename T>
void Swap(T& a,T& b)
{
	T tmp=a;
	a=b;
	b=tmp;
}

3.优点

(1)代码复用,适合所有类型。克服普通函数弊端;
(2)编译器会进行类型检查。克服宏定义弊端.

4.缺点

(1)调试比较难,对程序员要求高;
(2)一般编写一个类型确定的函数,运行通过后,再修改成函数模板。

5.调用方式

(1)自动类型推导调用 Swap(a,b);
(2)具体类型显示调用 :Swap(a,b);
注意:函数模板不允许隐式类型转换,调用时类型必须严格匹配。

6.原理分析

(1)函数模板中声明了参数类型T,表示了一种抽象类型
(2)编译器检查到程序调用函数的时候,根据传递参数的实际类型生成模板函数;

下一篇【C++泛型编程之类模板】

<think>我们正在讨论MP4的box结构,但用户突然转向了C++编程。根据对话历史,用户之前询问了MP4 box的详细结构,而现在提供了关于C++编程的引用,并明确表示想了解C++编程的相关知识。因此,我们需要切换话题,忽略之前关于MP4的讨论,专注于回答C++编程。 用户需求:了解C++编程的概念、使用方法、应用场景等。 根据提供的引用,我们可以整理以下要点: 概念: - 编程是一种编程思想,旨在编写不依赖具体数据类的通用程序(引用[1]、[5])。 - 通过模板技术实现,将算法和数据结构分离(引用[1])。 - STL(标准模板库)是编程的典例子(引用[1]、[4])。 使用方法: - 函数模板:定义一个通用函数,用虚拟类占位,编译器根据传入的实参类推演并生成具体函数(引用[2]、[5])。 - 示例:`max`函数模板,可以显式指定类(如`max<double>(a,b)`)或让编译器自动推导(引用[3])。 - 类模板:用于创建通用类,如STL中的容器(vector, list等)(引用[4])。 应用场景: - STL:提供了算法(algorithm)、容器(container)、迭代器(iterator)等(引用[4])。 - 需要通用算法(如排序、查找)和通用容器(如动态数组、链表)的场景。 我们将按照以下结构组织回答: 1. 概念:解释编程的概念和目的。 2. 核心机制:模板(函数模板和类模板)的工作机制。 3. 使用方法:通过示例展示如何定义和使用函数模板和类模板。 4. STL介绍:简要说明STL的组成和意义。 5. 应用场景:列举典应用场景。 注意:回答中如果涉及引用,在引用内容后自然添加引用标识,如[^1]。 同时,根据系统指令,数学表达式需要用$...$或$$...$$格式,但本回答中可能涉及较少数学内容,主要关注代码示例。 另外,生成相关问题,放在最后。 开始回答: </think>### C++编程详解 #### 1. **核心概念** 编程是一种**数据类无关**的编程范式,核心思想是通过参数化类实现代码复用。与面向对象的多态不同,在编译期完成类绑定,不产生运行时开销[^1]。其核心优势在于: - **类安全**:编译期类检查 - **代码复用**:同一套逻辑适配不同类 - **性能优化**:消除运行时类转换 ```mermaid graph LR A[模板定义] --> B[编译器处理] B --> C[int类实例] B --> D[double类实例] ``` #### 2. **实现机制** ##### (1) 函数模板 ```cpp template <typename T> // 类参数声明 T max(T a, T b) { return (a > b) ? a : b; } // 使用示例 int main() { cout << max(3, 5); // 隐式实例化int版本[^2] cout << max<double>(2.1, 3.8); // 显式指定double版本[^3] } ``` - **编译过程**: 1. 模板解析:建立抽象语法树 2. 实例化:根据调用生成具体函数(如`max<int>`) 3. 代码生成:输出机器指令 ##### (2) 类模板 ```cpp template <class T> class Stack { private: vector<T> elems; public: void push(T const&); T pop(); }; // 使用示例 Stack<string> strStack; // 字符串栈 strStack.push("hello"); Stack<int> intStack; // 整数栈 intStack.push(42); ``` #### 3. **STL标准库应用** STL(Standard Template Library)是编程的典范实现,包含三大核心组件[^4]: | 组件 | 功能 | 示例 | |------------|-----------------------|---------------------| | 容器 | 数据结构封装 | `vector<T>`, `map<K,V>` | | 算法 | 通用操作 | `sort()`, `find()` | | 迭代器 | 容器与算法间的桥梁 | `begin()`, `end()` | ```cpp // STL使用示例 vector<double> nums = {3.14, 2.71, 1.618}; sort(nums.begin(), nums.end()); // 排序算法 ``` #### 4. **关键技术点** - **类推导**: - 自动推导:`max(3, 5)` → `max<int>` - 需显式指定的场景: ```cpp template <class T> void print(initializer_list<T> vals) {} print<double>({1.1, 2.2}); // 列表初始化需显式声明类 ``` - **特化与偏特化**: ```cpp template<> // 全特化 class Stack<bool> { /* 位向量实现 */ }; template<class T> // 偏特化 class Stack<T*> { /* 指针类处理 */ }; ``` #### 5. **应用场景** 1. **通用数据结构**:链表/栈/队列等容器类 2. **数值计算**:矩阵运算库(如$Matrix<int, 3, 3>$) 3. **算法抽象**:排序/查找等通用算法 4. **类安全接口**:智能指针(`shared_ptr<T>`) > ⚠️ 注意事项:模板错误通常在实例化时暴露,错误信息可能冗长复杂。可使用`static_assert`进行编译期检查: > ```cpp > template<class T> > void process(T val) { > static_assert(is_arithmetic<T>::value, "需数值类!"); > } > ```
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