《CC++语言程序设计案例教程》课件-第12章 模 板

1第十二章模板C

语言程序设计案例教程12/23/20242案例一选择排序模板1.问题描述设计程序可以使用选择排序分别对整型、双精度类型、字符串型数据进行排序，根据不同情况可进行升序和降序的排列并输出。2.问题分析注意掌握模板函数的定义、使用方法。12/23/202433. C++ 代码#include<iostream> //C++ 头文件#include<string> // C++ 头文件usingnamespacestd; //名称空间template<typenameT>voidSelection_sort(Tarray[],intsize,intriseOrfall)//array为存储数据的数组；size为数组长度；riseOrfall为排序标识，小于0降序，大于等于0增序；整个函数功能为，根据标志对不同数据类型数组排序{Ttemp; //temp是进行数据交换的中间变量

intk;if(riseOrfall>=0) //下面增序排列

{for(inti=0;i<size-1;i++){k=i;for(intj=i+1;j<size;j++)if(array[k]>array[j])k=j;if(k!=i){temp=array[k];array[k]=array[i];array[i]=temp;}}}else //下面降序排列

{for(inti=0;i<size-1;i++){k=i;for(intj=i+1;j<size;j++)if(array[k]<array[j])k=j;if(k!=i){temp=array[k];array[k]=array[i];array[i]=temp;}}}}12/23/20244voidmain(){intiarray[3]={-202,289,0};doubledarray[5]={3.14,9.8,-128,1314,520};stringsarray[4]={"dayanta","xikeda","lintong","xian"};cout<<"整型数组为：";for(inti=0;i<3;i++)cout<<iarray[i]<<"";Selection_sort(iarray,3,1);cout<<endl<<"增序为：";for(i=0;i<3;i++)cout<<iarray[i]<<"";cout<<endl<<"实型数组为：";for(i=0;i<5;i++)cout<<darray[i]<<"";Selection_sort(darray,5,-1);cout<<endl<<"降序为：";for(i=0;i<5;i++)cout<<darray[i]<<"";cout<<endl<<"字符串数组为：";for(i=0;i<4;i++)cout<<sarray[i]<<"";Selection_sort(sarray,4,-1);cout<<endl<<"降序为：";for(i=0;i<4;i++)cout<<sarray[i]<<"";cout<<endl;}12/23/202454.程序运行结果整型数组为：-2022890增序为：-2020289实型数组为：3.149.8-1281314520降序为：13145209.83.14-128字符串数组为：dayantaxikedalintongxian降序为：xikedaxianlintongdayanta12/23/20246C++ 最重要的特性之一就是代码重用，为了实现代码重用，代码必须具有通用性。通用代码应该不受数据类型的影响，并且可以自动适应数据类型的变化。这种程序设计类型称为参数化程序设计。模板是C++ 支持参数化程序设计的工具，通过它可以实现参数化多态性。所谓参数化多态性，是将一段程序所处理的对象类型参数化，就可以使这段程序能够处理某个类型范围内的各种类型的对象。使用模板可以使程序员建立具有通用类型的函数库和类库，缩短程序的长度，在某种程度上也增加了程序的灵活性。由于C++ 语言的程序结构主要是由函数和类构成的，因此，模板也具有两种不同的形式：函数模板和类模板。12/23/2024712.1函数模板

12/23/20248大多数情况下，算法可以处理多种数据类型。但是用函数实现算法时，即使设计为重载函数，也只是使用相同的函数名，函数体仍然需要分别定义。我们先来看看下面这个交换两个数字的函数swap(x,y)的实现过程。其中，x和y可以是整型、浮点型，当然也可以是用户定义的数据类型。C++ 是强类型语言，参数x和y的类型在编译时就必须声明。因此我们需要对不同的数据类型分别定义不同的版本。例如，有以下程序：//整型数交换函数voidswap(int&a,int&b){inttemp;temp=a;a=b;b=temp;}//浮点数交换函数voidswap(float&a,float&b){floattemp;temp=a;a=b;b=temp;}12/23/20249还有双精度型、字符类型等的重载版本，程序代码完全一致。能不能为这些函数只写一套代码呢？C++ 提供了模板机制可以解决上述问题。使用模板，把数据类型本身作为一个参数，这样就可以使用一套代码完成不同数据类型的数据交换，实际上也使编程趋于标准化。函数模版的声明格式如下：template<classT>返回值类型模板函数名(参数表){//函数体}其中template是声明模板的关键字，<classT>为模板参数列表，它给出数据类型参数T。使用函数模版时，必须将其实例化，如将T实例化为float型等。根据函数模版的定义，交换函数swap()的函数模板就可定义为12/23/202410template<classT>voidswap(T&a,T&b){Ttemp;temp=a;a=b;b=temp;}这里我们定义的模板含义是，无论模板参数T的实例是float型、int型或其他类型，都可以通过这一个函数模板来实现值的交换。12/23/202411例12.1用模板实现两数交换函数swap()。#include<iostream.h>template<classT>voidswap(T&a,T&b){Ttemp;temp=a;a=b;b=temp;}voidmain(){inta=10,b=20;cout<<"a="<<a<<",b="<<b;swap(a,b);cout<<"交换后";cout<<"a="<<a<<",b="<<b<<endl;cout<<endl;floatc=1.2f,d=3.4f;cout<<"c="<<c<<",d="<<d;swap(c,d);cout<<"交换后";cout<<"c="<<c<<",d="<<d<<endl;cout<<endl;}12/23/202412程序运行结果如下：a=10，b=20交换后a=20，b=10c=1.2，d=3.4交换后c=3.4，d=1.2在上面的程序中，我们分别调用了两次swap()函数，一次是以整型参数调用的：swap(a,b);//a,b为int型编译器从调用swap()时的实参类型推导出函数模板的类型参数。由于实参a和b为int型，所以推导出函数模板中类型参数T为int。当类型参数的含义确定后，编译器将以函数模板为样板，生成一个模板函数：voidswap(int&a,int&b){inttemp;temp=a;a=b;b=temp;}实现两个整型数据的交换。同样地，用调用语句：swap(c,d);//c,d为float型可将函数模板的参数T实例化为float型，生成参数为float型的swap()函数，从而实现了float型数据的交换。12/23/202413注意区分两个术语——函数模板和模板函数，其中函数模板是指一类函数的抽象，即带类型参数的函数；而模板函数则是类型参数实例化之后的函数。它们俩之间的关系就好像类与对象的关系。在C++ 编译时，函数模板和它同名的重载函数的匹配顺序为：(1)先去匹配函数模板的重载函数，如果参数完全匹配，则调用重载函数。(2)如果重载函数的参数类型不匹配，则去匹配函数模板，将其实例化产生一个匹配的模板函数，如果匹配成功，则调用此模板函数。(3)否则，编译器尝试通过类型转换，来检验调用是否和重载函数匹配，如果是，则调用重载函数。如果上述三个操作都没有找到匹配的函数，那么编译器会给出调用错误的信息。12/23/202414案例二对象数组类定义1.问题描述设计程序能够动态定义数组类型和长度，能够进行存储、修改、读取数组中任意位置的元素。2.问题分析注意类模板定义和使用方法。12/23/2024153. C++ 代码#include<iostream>//C++ 头文件usingnamespacestd;//名称空间structstu{intnumber;charname[20];chardepart[20];};template<typenameT>classobjArray{private:T*item;intlenth;public:objArray(ints);

Tgetdata(intn);voidsetdata(Tx,intn);};template<typenameT>objArray<T>::objArray(ints){if(s>0){item=newT[s];lenth=s;}else{cout<<"不能初始化数组"<<endl;exit(1);}}template<typenameT>TobjArray<T>::getdata(intn){if(n<0||n>=lenth){cout<<"不能获取数据。"<<endl;exit(1);}returnitem[n];}12/23/202416template<typenameT>voidobjArray<T>::setdata(Tx,intn){if(n<lenth&&n>=0)item[n]=x;else{cout<<"数据不存在。"<<endl;exit(1);}}voidmain(){objArray<int>a1(3);objArray<stu>a2(3);cout<<"请输入3个数建立整型数组"<<endl;intx;for(inti=0;i<3;i++){cin>>x;a1.setdata(x,i);}cout<<"你想读取第几个数据：";cin>>x;cout<<"数组中第"<<x<<"个数据为："<<a1.getdata(x-1)<<endl<<endl;stus[3]={20200801,"张帅","信计20",20200701,"王平","软工20",20200601,"李峰","计科20"};

for(i=0;i<3;i++)a2.setdata(s[i],i);cout<<"学生信息数组有三条信息:"<<endl;for(i=0;i<3;i++){cout<<a2.getdata(i).number<<","<<a2.getdata(i).name<<","<<a2.getdata(i).depart<<endl;

}cout<<"你想修改第几个学生的数据(1-3):";cin>>x;stutemp;cout<<"学号:";cin>>temp.number;cout<<"姓名:";cin>>;cout<<"班级:";cin>>temp.depart;a2.setdata(temp,x-1);cout<<"学生信息数组有三条信息:"<<endl;for(i=0;i<3;i++){cout<<a2.getdata(i).number<<","<<a2.getdata(i).name<<","<<a2.getdata(i).depart<<endl;}}12/23/2024174.程序运行结果请输入3个数建立整型数组354你想读取第几个数据：2数组中第2个数据为：5学生信息数组有三条信息:20200801,张帅,信计2020200701,王平,软工2020200601,李峰,计科20你想修改第几个学生的数据(1-3):2学号:20200501姓名:赵四班级:网工20学生信息数组有三条信息:20200801,张帅,信计2020200501,赵四,网工2020200601,李峰,计科2012/23/20241812.2类模板

类似于函数模板，类模板就是将类的成员数据的类型进行参数化，为类定义一个模版。使用类模板可使用户可以为类声明一种模式，使得类中的某些数据成员、某些成员函数的参数、某些成员函数的返回值能取任意类型(包括系统预定义的和用户自定义的)。类是对一组对象的公共性质的抽象，而类模板则是对不同类的公共性质的抽象，因此类模板是属于更高层次的抽象。由于类模板需要一种或多种类型参数，所以类模板也常常称为参数化类。定义类模板的格式为template<classT>class类模板名{//成员定义};其中，template<classT>的意义和函数模板相同。我们来看看下面堆栈类实现的例子。无论堆栈中存放的是整数型、浮点数或者是其他类型的元素，它在所有类型上进行的操作都是一样的，如入栈、出栈等等。使用模板类，可以将元素的类型作为类的类型参数来处理，减少了代码的重复。12/23/202419例12.2堆栈类模板Stack的使用。#include<iostream.h>template<classT> //定义堆栈类的模板classStack{T*data;inttop; //栈顶

intsize; //堆栈的尺寸

intIsEmpty() //判断堆栈是否为空

{return(top<0)?1:0;}intIsFull() //判断堆栈是否已满

{return(top==size)?1:0;}public:Stack(intn) //初始化堆栈

{data=newT[n];size=n;top=0;}~Stack(){delete[]data;}voidpush(Ta); //压入操作

Tpop(); //弹出操作};12/23/202420//堆栈类Stack的实现，实现压入、弹出操作template<classT> //类模板的成员函数的实现voidStack<T>::push(Ta){if(IsFull()){cout<<"FullofStack"<<endl;}else{*(data+top++)=a;}}template<classT> //类模板的成员函数的实现TStack<T>::pop(){if(IsEmpty()){cout<<"EmptyofStack"<<endl;}return(*(data+--top));}//测试堆栈类模板Stack12/23/202421voidmain(){cout<<"----整数堆栈----\n";Stack<int>x(5); //定义一个可以放5个整型元素的堆栈

x.push(1);x.push(2);cout<<x.pop()<<endl;x.push(3);x.push(4);cout<<x.pop()<<endl;cout<<x.pop()<<endl;cout<<x.pop()<<endl<<endl;cout<<"----浮点数堆栈----\n";Stack<float>y(6);