計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與信息安全研究室張榮博面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)及C++第9章模板與泛型編程9.1模板概念（★）9.2函數(shù)模板9.3類模板9.4泛型編程（★）1教學(xué)目標(biāo)了解泛型編程的概念及形式。重點(diǎn)及難點(diǎn)重點(diǎn)：類模板及函數(shù)模版的定義。難點(diǎn)：模板的應(yīng)用。2模板的概念C++中常見的問題voidswap(int&a,int&b){

int

tmp=0;

tmp=a;a=b;b=tmp;}//交換兩個(gè)浮點(diǎn)數(shù)voidswap(float&a,float&b){floattmp=0.0;

tmp=a;a=b;b=tmp;}intmain(){

inta=10,b=20;floatc=1.2,d=2.4;

cout<<“a=“<<a<<“b=”<<b;

cout<<“c=“<<c<<“d=”<<c;swap(a,b);cout<<“a=“<<a<<“b=”<<b;

swap(c,d);cout<<“c=“<<c<<“d=”<<c;return0;}3提出問題在上面例子中，兩個(gè)swap函數(shù)實(shí)現(xiàn)的功能相同，只是參數(shù)類型不同，為了實(shí)現(xiàn)不同類型的數(shù)據(jù)交換必須重新編輯函數(shù)。造成了重復(fù)勞動(dòng)。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法出現(xiàn)的目的之一是實(shí)現(xiàn)軟件重用，能否提供一種方法將兩個(gè)函數(shù)合并到一起，以節(jié)省開發(fā)成本？4解決方法typedef

int

DataType;voidswap(DataType&a,DataType&b){

DataType

tmp;

tmp=a; a=b; b=tmp;}intmain(){

inta=10,b=20;

swap(a,b);return0;}5分析問題當(dāng)需要交換兩個(gè)浮點(diǎn)數(shù)時(shí)可以將DataType

定義成float型數(shù)據(jù)即可。缺點(diǎn)：

更改一種數(shù)據(jù)類型時(shí)，需要修改程序源代碼，必須重新編譯程序。無法解決的問題：

如果程序中需要交換多種數(shù)據(jù)類型之間的數(shù)據(jù)該怎么辦？6typedef

int

DataType;voidswap(DataType&a,DataType&b){

DataType

tmp;

tmp=a; a=b; b=tmp;}intmain(){

inta=10,b=20;

floatc=1.2,d=2.4;

swap(a,b);

swap(c,d);return0;}能否將swap函數(shù)的形式參數(shù)，作為一種無類型的參數(shù)，當(dāng)使用它的時(shí)候再將它用具體的參數(shù)實(shí)現(xiàn)？就像采用滯后捆綁實(shí)現(xiàn)多態(tài)一樣！7模板的定義模板本質(zhì)上就是參數(shù)化多態(tài)，是一種使用無類型參數(shù)來產(chǎn)生一系列函數(shù)或類的機(jī)制，是C++的一個(gè)重要特性。模板可以分為兩類：函數(shù)模板類模板8函數(shù)模板與模板函數(shù)函數(shù)模板可以用來創(chuàng)建一個(gè)通用功能的函數(shù)，以支持多種不同形參，進(jìn)一步簡化重載函數(shù)的函數(shù)體設(shè)計(jì)。聲明方法：

template

<class

T>

//模板聲明

Tmax(Tx,Ty) //定義函數(shù)模板

{ return(x>y)?x:y;}9模板函數(shù)max代表的是一類函數(shù)，是函數(shù)的集合；要用max進(jìn)行真正的操作前，先要將模板參數(shù)T實(shí)例化為一般的類型（如int

等）；max是一個(gè)函數(shù)模板，將T實(shí)例化的參數(shù)稱為模板實(shí)參，用模板實(shí)參實(shí)例化的函數(shù)稱為模板函數(shù)。template<classT>//模板聲明Tmax(Tx,Ty){return(x>y)?x:y;}10例題#include<iostream>usingnamespacestd;template<classT>Tmax(Tx,Ty){return(x>y)?x:y;}voidmain(){

inti=10,j=56; floatx1=50.34f,x2=56.34f; doubley1=673.36,y2=465.972;

cout<<"Themaxofi,jis:"<<max(i,j)<<endl;

cout<<"Themaxofx1,y1is:"<<max(x1,x2)<<endl;

cout<<"Themaxofx2,y2is:"<<max(y1,y2)<<endl;}11

cout<<"Themaxofi,jis:"<<max(i,j)<<endl;當(dāng)編譯器遇到max(i,j)時(shí)，生成函數(shù)名max(int,int):用模板實(shí)參int將類型參數(shù)T進(jìn)行了實(shí)例化。

cout<<"Themaxofx1,y1is:"<<max(x1,x2)<<endl;當(dāng)編譯器遇到max(x1,x2)時(shí)，生成函數(shù)名max(float,float):用模板實(shí)參float將類型參數(shù)T進(jìn)行了實(shí)例化。

cout<<"Themaxofx2,y2is:"<<max(y1,y2)<<endl;當(dāng)編譯器遇到max(y1,y2)時(shí)，生成函數(shù)名max(double,double):max(y1,y2)用模板實(shí)參double將類型參數(shù)T進(jìn)行了實(shí)例化12

因此,上例中max函數(shù)可以用顯式模板類型的方法寫成下面的形勢：

voidmain() {

inti=10,j=56;

floatx1=50.34f,x2=56.34f;

doubley1=673.36,y2=465.972;

cout<<"Themaxofi,jis:“ <<max<int>(i,j)<<endl;

cout<<"Themaxofx1,y1is:“

<<max<float>(x1,x2)<<endl;

cout<<"Themaxofx2,y2is:“ <<max<double>(y1,y2)<<endl; }13模板參數(shù)表:是由若干個(gè)模板參數(shù)組成的。各參數(shù)間用逗號隔開，每個(gè)模板參數(shù)均是由類型參數(shù)和參數(shù)說明兩部分，而類型參數(shù)指的是class標(biāo)識符。 例如：

template

<classT1,class

T2,classT3>//模板聲明

T1fun(T2x,T3y){ ……..}多個(gè)不定參數(shù)的模板函數(shù)的定義14注意：一般用T作為模板參數(shù)標(biāo)識符，T代表任意類型。但實(shí)質(zhì)上用任何字母都可以:如：template<classS>或template<classa>。

函數(shù)模板小結(jié)15類模板與模板類的概念

類模板：一個(gè)類模板允許用戶為類定義一種模式，使得類中的某些數(shù)據(jù)成員、某些成員函數(shù)的參數(shù)、某些成員函數(shù)的返回值，能取任意類型。它的存在不代表一個(gè)具體的、實(shí)際的類，而是代表一類的類，是類的集合。16

類模板的定義

template<classT>

//聲明一個(gè)類模板

classclassname{

intNo;

Tvalue;public:

TGetValue(){returnvalue;}voidSetValue(T&v){value=v;}};17在類定義體外定義成員函數(shù)時(shí)，若此成員函數(shù)中有模板參數(shù)存在，則需在函數(shù)體外進(jìn)行模板聲明，并且在函數(shù)名前的類名后綴上”<T>”。

template<classT>

voidclassname<T>::SetValue(T&v){

vulae=v;}template<classT>

Tclassname<T>::GetValue(){returnvulae;}18類模板的使用類模板的使用。類模板的使用實(shí)際上是將類模板實(shí)例化成一個(gè)具體的類，它的格式為：類名

<實(shí)際的類型>對象名；intmain(){

classname<float>obj; obj.SetValue(1.0);

float

tmp=obj.GetValue();}19//舉例定義類#include<iostream>using

namespace

std;template<classT>//聲明模板classnode{//定義結(jié)構(gòu)模板

Tval;//val取任意類型，即模板參數(shù)類型

node<T>*next;//此處node為結(jié)構(gòu)模板};template<classT>//聲明模板classlist{//定義類模板

node<T>*head;//此處node為結(jié)構(gòu)模板

intsize;public: list(){head=NULL;size=0;}

boolinsert(Tval);voidprint();~list();};鏈表類模板的定義20//定義成員函數(shù),插入函數(shù)template<classT>boollist<T>::insert(Tx){ node<T>*nodes=newnode<T>;

if(nodes) { nodes->val=x; nodes->next=head; head=nodes; size++;

return

true; }

return

false;}21//定義成員函數(shù)輸出函數(shù)template<classT>voidlist<T>::print(){

for(node<T>*p=head;p;p=p->next)

cout<<p->val<<"";

cout<<endl;}//析構(gòu)函數(shù)template<classT>//聲明模板list<T>::~list()//定義函數(shù)模板，其中l(wèi)ist為類模板{ node<T>*temp;//node為結(jié)構(gòu)模板

for(node<T>*p=head;p;){ temp=p; p=p->next;

deletetemp; }}22//類模板的使用voidmain(){//定義一個(gè)整型鏈表對象,此時(shí)傳進(jìn)來的模板參數(shù)為<int> list<int>intlist; intlist.insert(34); intlist.insert(54);

intlist.print();

//定義一個(gè)浮點(diǎn)型鏈表對象,此時(shí)傳進(jìn)來的模板參數(shù)為<float>list<float>floatlist; floatlist.insert(34.56f);floatlist.insert(65.4f);

floatlist.print();

//定義一個(gè)字符串型鏈表對象,此時(shí)傳進(jìn)來的模板參數(shù)為<char*> list<char*>charlist;

charlist.insert("windows");

charlist.insert("object");

charlist.print();}543465.434.56objectwindows23類模板總結(jié)24模板、類、對象、函數(shù)之間的關(guān)系25群體的概念群體是指由多個(gè)數(shù)據(jù)元素組成的集合體。群體可以分為兩個(gè)大類：線性群體和非線性群體。線性群體中的元素按位置排列有序（數(shù)組）。非線性群體不用位置順序來標(biāo)識元素（鏈表）。26泛型編程將程序?qū)懙帽M可能通用；將算法從特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中抽象出來，成為通用的；C++的模板為泛型程序設(shè)計(jì)奠定了關(guān)鍵的基礎(chǔ)；STL是泛型程序設(shè)計(jì)的一個(gè)范例。容器(container)迭代器(iterator)算法（algorithms）函數(shù)對象（functionobject）27容器容器類是容納、包含一組元素或元素集合的對象。異類容器類與同類容器類順序容器與關(guān)聯(lián)容器七種基本容器：

向量（vector）、雙端隊(duì)列（deque）、列表（list）、集合（set）、多重集合（multiset）、映射（map）和多重映射（multimap）28容器的接口通用容器運(yùn)算符==，!=，>，>=，<，<=，=方法（函數(shù)）迭代方法（指針的移動(dòng)）begin()，end()，rbegin()，rend()訪問方法size()，max_size()，swap()，empty()29適配器與迭代器適配器是一種接口類（棧適配器）為已有的類提供新的接口。目的是簡化、約束、使之安全、隱藏或者改變被修改類提供的服務(wù)集合。迭代器是面向?qū)ο蟀姹镜闹羔?，它們提供了訪問容器、序列中每個(gè)元素的方法30算法與函數(shù)對象C++標(biāo)準(zhǔn)模板庫中包括70多個(gè)算法其中包括查找算法，排序算法，消除算法，記數(shù)算法，比較算法，變換算法，置換算法和容器管理等等。函數(shù)對象一個(gè)行為類似函數(shù)的對象，它可以沒有參數(shù)，也可以帶有若干參數(shù)，其功能是獲取一個(gè)值，或者改變操作的狀態(tài)。31順序容器——向量向量屬于順序容器，用于容納不定長線性序列（即線性群體），提供對序列的快速隨機(jī)訪問（也稱直接訪問）向量是動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，它的大小不固定，可以在程序運(yùn)行時(shí)增加或減少。向量是應(yīng)用較多的STL容器。例題：求范圍2~N中的質(zhì)數(shù)，N在程序運(yùn)行時(shí)由鍵盤輸入。32//10_