#C++Primer Plus 第十四章代码重用：使用模板类
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14.4.3深入探讨模板类
可以将内置类型或类对象用作类模板 Stack的类型。指针可以吗?例如，可以使用 char 指针替换程序清单14.14中的 string 对象吗?毕竟，这种指针是处理C-风格字符串的内置方式。答案是可以创建指针栈，但如果不对程序做重大修改，将无法很好地工作。编译器可以创建类，但使用效果如何就因人而异了。下面解释程序清单14.14不太适合使用指针栈的原因，然后介绍一个指针很有用的例子。
1.不正确地使用指针栈
我们将简要地介绍3个试图对程序清单 14.14进行修改，使之使用指针栈的简单(但有缺陷的)示例。这几个示例揭示了设计模板时应牢记的一些教训，切忌盲目使用模板。这3个示例都以完全正确的Stack模板为基础:
Stack<char *>st;//create a stack for pointers-to-char
版本1将程序清单14.14中的:
string po;
替换为:
char *po;
这旨在用 char 指针而不是 string 对象来接收键盘输入。这种方法很快就失败了，因为仅仅创建指针，没有创建用于保存输入字符串的空间(程序将通过编译，但在cin 试图将输入保存在某些不合适的内存单元中时崩溃)。
版本2将
string po;
替换为:
char po[40];
这为输入的字符串分配了空间。另外，po的类型为char*，因此可以被放在栈中。但数组完全与 pop()方法的假设相冲突:
template <class Type>
bool stack<Type>::pop(Type & item)
if (top >0)
item =items[--top];
return true;
else
return false;
首先，引用变量 item 必须引用某种类型的左值，而不是数组名。其次，代码假设可以给item 赋值。
即使 item 能够引用数组，也不能为数组名赋值。因此这种方法失败了。
版本3将
string po;
替换为:
char *po=new char[40];
这为输入的字符串分配了空间。另外，po是变量，因此与pop()的代码兼容。然而，这里将会遇到最基本的问题:只有一个 pop 变量，该变量总是指向相同的内存单元。确实，在每当读取新字符串时，内存的内容都将发生改变，但每次执行压入操作时，加入到栈中的的地址都相同。因此，对执行弹出操作时，得到的地址总是相同的，它总是指向读入的最后一个字符串。具体地说，栈并没有保存每一个新字符串，因此没有任何用途。
2.正确使用指针栈
使用指针栈的方法之一是，让调用程序提供一个指针数组，其中每个指针都指向不同的字符串。把这些指针放在栈中是有意义的，因为每个指针都将指向不同的字符串。注意，创建不同指针是调用程序的职责，而不是栈的职责。栈的任务是管理指针，而不是创建指针。例如，假设我们要模拟下面的情况。某人将一车文件夹交付给了Podson。如果Plodson的收取篮(in-basket)是空的，他将取出车中最上面的文件夹，将其放入收取篮;如果收取篮是满的，Plodson 将取出篮中最上面的文件，对它进行处理，然后放入发出篮(out-basket)中。如果收取篮既不是空的也不是满的，Plodson 将处理收取篮中最上面的文件，也可能取出车中的下一个文件，把它放入收取篮。他采取了自认为是比较鲁莽的行动–扔硬币来决定要采取的措施。下面来讨论他的方法对原始文件处理顺序的影响。可以用一个指针数组来模拟这种情况，其中的指针指向表示车中文件的字符串。每个字符串都包含文件所描述的人的姓名。可以用栈表示收取篮，并使用第二个指针数组来表示发出篮。通过将指针从输入数组压入到栈中来表示将文件添加到收取篮中，同时通过从栈中弹出项目，并将它添加到发出篮中来表示处理文件。
应考虑该问题的各个方面，因此栈的大小必须是可变的。程序清单14.15 重新定义了 Stack类,使 Stack 构造函数能够接受一个可选大小的参数。这涉及到在内部使用动态数组，因此，Stack 类需要包含一个析构函数、一个复制构造函数和一个赋值运算符。另外，通过将多个方法作为内联函数，精减了代码。
程序清单 14.15 stcktp1.h
// stcktp1.h -- modified Stack template
#ifndef STCKTP1_H_
#define STCKTP1_H_
template <class Type>
class Stack
{
private:
enum {SIZE = 10}; // default size
int stacksize;
Type * items; // holds stack items
int top; // index for top stack item
public:
explicit Stack(int ss = SIZE);
Stack(const Stack & st);
~Stack() { delete [] items; }
bool isempty() { return top == 0; }
bool isfull() { return top == stacksize; }
bool push(const Type & item); // add item to stack
bool pop(Type & item); // pop top into item
Stack & operator=(const Stack & st);
};
template <class Type>
Stack<Type>::Stack(int ss) : stacksize(ss), top(0)
{
items = new Type [stacksize];
}
template <class Type>
Stack<Type>::Stack(const Stack & st)
{
stacksize = st.stacksize;
top = st.top;
items = new Type [stacksize];
for (int i = 0; i < top; i++)
items[i] = st.items[i];
}
template <class Type>
bool Stack<Type>::push(const Type & item)
{
if (top < stacksize)
{
items[top++] = item;
return true;
}
else
return false;
}
template <class Type>
bool Stack<Type>::pop(Type & item)
{
if (top > 0)
{
item = items[--top];
return true;
}
else
return false;
}
template <class Type>
Stack<Type> & Stack<Type>::operator=(const Stack<Type> & st)
{
if (this == &st)
return *this;
delete [] items;
stacksize = st.stacksize;
top = st.top;
items = new Type [stacksize];
for (int i = 0; i < top; i++)
items[i] = st.items[i];
return *this;
}
#endif
原型将赋值运算符函数的返回类型声明为Stack引用，而实际的模板函数定义将类型定义为Stack。前者是后者的缩写，但只能在类中使用。即可以在模板声明或模板函数定义内使用 Stack，但在类的外面，即指定返回类型或使用作用域解析运算符时，必须使用完整的Stack。程序清单 14.16中的程序使用新的栈模板来实现 Plodson 模拟，它像以前介绍的模拟那样使用rand()、srand()和 time()来生成随机数，这里是随机生成0和1，来模拟掷硬币的结果。
程序清单14.16 stkoptr1.cpp
// stkoptr1.cpp -- testing stack of pointers
#include <iostream>
#include <cstdlib> // for rand(), srand()
#include <ctime> // for time()
#include "stcktp1.h"
const int Num = 10;
int main()
{
std::srand(std::time(0)); // randomize rand()
std::cout << "Please enter stack size: ";
int stacksize;
std::cin >> stacksize;
// create an empty stack with stacksize slots
Stack<const char *> st(stacksize);
// in basket
const char * in[Num] = {
" 1: Hank Gilgamesh", " 2: Kiki Ishtar",
" 3: Betty Rocker", " 4: Ian Flagranti",
" 5: Wolfgang Kibble", " 6: Portia Koop",
" 7: Joy Almondo", " 8: Xaverie Paprika",
" 9: Juan Moore", "10: Misha Mache"
};
// out basket
const char * out[Num];
int processed = 0;
int nextin = 0;
while (processed < Num)
{
if (st.isempty())
st.push(in[nextin++]);
else if (st.isfull())
st.pop(out[processed++]);
else if (std::rand() % 2 && nextin < Num) // 50-50 chance
st.push(in[nextin++]);
else
st.pop(out[processed++]);
}
for (int i = 0; i < Num; i++)
std::cout << out[i] << std::endl;
std::cout << "Bye\n";
// std::cin.get();
// std::cin.get();
return 0;
}
下面是程序清单 14.16所示程序的两次运行情况。注意，由于使用了随机特性，每次运行时，文件最
后的顺序都可能不同，即使栈大小保持不变。
程序说明
程序说明
在程序清单14.16中，字符串本身永远不会移动。把字符串压入栈实际上是新建一个指向该字符串的指针，即创建一个指针，该指针的值是现有字符串的地址。从栈弹出字符串将把地址值复制到out 数组中。该程序使用的类型是constchar*，因为指针数组将被初始化为一组字符串常量。栈的析构函数对字符串有何影响呢?没有。构造函数使用new 创建一个用于保存指针的数组，析构函数删除该数组，而不是数组元素指向的字符串。
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