C++中的数据类模板

1，预备知识：

    1，模板参数可以是数值型参数（非类型参数）：

       1，代码示例：

1 template <typename t, int n> 
2 void func()
3 {
4     t a[n];  // 使用模板参数定义局部数组；
5 }
6            
7 func<double, 10>();  // 使用模板时，数值型参数必须是常量，不能是变量；

    2，数值型模板参数的限制：

       1，变量不能作为模板参数；

           1，是变量的话就不满足准确确定的这个本质；

       2，浮点数不能作为模板参数；

           1，浮点数本身不精确；

       3，类对象不能作为模板参数；

           1，类对象编译时不能唯一确定的，同变量一样；

    3，数值型参数本质：模板参数是在编译阶段被处理的单元，因此，在编译阶段必须准确无误的唯一确定；

          

2，有趣的面试题：

    1，用你觉得最高效的方法求 1 + 2 + 3 + ... + n 的值；

       1，等差数列和的方式；

       2，见下面实例；

   

3，数值型模板参数编程实验：

 1 #include <iostream>
 2 #include <string>
 3 
 4 using namespace std;
 5 
 6 /* 验证上面的预备知识 */
 7 template
 8 < typename t, int n >  // 这里用成 double 后，编译器显示：error: 'double' is not a valid type for a template constant parameter
 9 void func()
10 {
11     t a[n] = {0};
12     
13     for(int i=0; i<n; i++)
14     {
15         a[i] = i;
16     }
17     
18     for(int i=0; i<n; i++)
19     {
20         cout << a[i] << endl;
21     }
22 }
23 
24 /* 用最高效的方法验证从 1 加到 n 的和；不用循环和等差数列求和公式 */
25 template
26 < int n >
27 class sum
28 {
29 public:
30     // static const int value = 0;  // static 后是想定义常量，被 static 修饰后要么放入符号表、要么放到全局数据区； 这个时候 value 已经确定了值，所以直接进入符号表（符号表存储在哪里呢）；又因为 value 被 static 修饰了，所以 value 被放入全局数据区；
31     static const int value = sum<n-1>::value + n;  // 递归定义
32 };
33 
34 /* 定义上述模板类的特化实现，实现递归出口 */
35 template
36 < >
37 class sum < 1 >
38 {
39 public:
40     static const int value = 1;
41 };
42 
43 int main()
44 {
45     func<int, 10>();  // 打印 0 到 9 这十个数字；这里如果模板参数类型为 double，编译器显示：error: no matching function for call to 'func()'；
46     
47     int a = 10;
48     func<int, a>();  // 在这一行编译器显示：
49        // error: 'a' cannot appear in a constant-expression
50        // error: no matching function for call to 'func()'
51                      
52     cout << "1 + 2 + 3 + ... + 10 = " << sum<10>::value << endl;  // 55；这里没有加减乘除法，也没有函数调用和循环，这里value 是常量，并在编译的时候已经确定，这里效率是最高的；
53     cout << "1 + 2 + 3 + ... + 100 = " << sum<100>::value << endl;   // 5050
54     
55     return 0;
56 }    

    1，这里的相加求和是在编译器编译程序的时候完成的，编译完程序后，要求的和的值已经确定，在运行的时候，就直接可以访问这个值，不需要做任何的运算和循环，因此效率最高；

    2，这个最高效的求和依赖了模板技术、模板特化技术、数值型模板参数技术；

    3，可以举一反三，得到更多高效的程序写法；

   

4，数组模板类编程实验：

    1，array.h 文件：

 1 #ifndef _array_h_  // 防止多次包含头文件；
 2 #define _array_h_
 3 
 4 template
 5 < typename t, int n >  // 数组元素的类型和大小；
 6 class array
 7 {
 8     t m_array[n];  // 定义一个实际的数组；
 9 public:
10     int length();
11     bool set(int index, t value);
12     bool get(int index, t& value);
13     t& operator[] (int index);
14     t operator[] (int index) const;  // 数组类对象有可能是 const 对象，这个时候就只能调用 const 函数，所以要定义这个；const 函数只能返回值，不能返回引用；
15     virtual ~array();  // 有可能被继承
16 };
17 
18 /* 模板类要放在一个文件中，所以实现在下面实现 */
19 
20 template
21 < typename t, int n >
22 int array<t, n>::length()
23 {
24     return n;
25 }
26 
27 template
28 < typename t, int n >
29 bool array<t, n>::set(int index, t value)
30 {
31     bool ret = (0 <= index) && (index < n);
32     
33     if( ret )
34     {
35         m_array[index] = value;
36     }
37     
38     return ret;
39 }
40 
41 template
42 < typename t, int n >
43 bool array<t, n>::get(int index, t& value)
44 {
45     bool ret = (0 <= index) && (index < n);
46     
47     if( ret )
48     {
49         value = m_array[index];
50     }
51     
52     return ret;
53 }
54 
55 template
56 < typename t, int n >
57 t& array<t, n>::operator[] (int index)
58 {
59     return m_array[index];
60 }
61 
62 template
63 < typename t, int n >
64 t array<t, n>::operator[] (int index) const
65 {
66     return m_array[index];
67 }
68 
69 template
70 < typename t, int n >
71 array<t, n>::~array()
72 {
73 
74 }
75 
76 #endif

    2，应用：

 1 #include <iostream>
 2 #include <string>
 3 #include "array.h"
 4 
 5 using namespace std;
 6 
 7 int main()
 8 {
 9     array<double, 5> ad;
10     
11     for(int i=0; i<ad.length(); i++)
12     {
13         ad[i] = i * i;
14     }
15     
16     for(int i=0; i<ad.length(); i++)
17     {
18         cout << ad[i] << endl;
19     }
20     
21     return 0;
22 }

   

5，堆数组模板类编程实验：

　1，heaparray.h 文件：

  1 #ifndef _heaparray_h_
  2 #define _heaparray_h_
  3 
  4 template
  5 < typename t >
  6 class heaparray
  7 {
  8 private:
  9     int m_length;
 10     t* m_pointer;
 11     
 12     heaparray(int len);
 13     heaparray(const heaparray<t>& obj);
 14     bool construct();
 15 public:
 16     static heaparray<t>* newinstance(int length); 
 17     int length();
 18     bool get(int index, t& value);
 19     bool set(int index ,t value);
 20     t& operator [] (int index);
 21     t operator [] (int index) const;  // 有可能有 const 对象；
 22     heaparray<t>& self();
 23     ~heaparray();  // 这个时候构造函数是 private 的，也就是 heaparray 类不希望被继承，所以说没有必要将它声明为 virtual 的；
 24 };
 25 
 26 /* 实现要在同一个文件中 */
 27 
 28 template
 29 < typename t >
 30 heaparray<t>::heaparray(int len)
 31 {
 32     m_length = len;
 33 }
 34 
 35 template
 36 < typename t >
 37 bool heaparray<t>::construct()
 38 {   
 39     m_pointer = new t[m_length];
 40     
 41     return m_pointer != null;
 42 }
 43 
 44 template
 45 < typename t >
 46 heaparray<t>* heaparray<t>::newinstance(int length) 
 47 {
 48     heaparray<t>* ret = new heaparray<t>(length);
 49     
 50     if( !(ret && ret->construct()) ) 
 51     {
 52         delete ret;
 53         ret = 0;
 54     }
 55         
 56     return ret;
 57 }
 58 
 59 template
 60 < typename t >
 61 int heaparray<t>::length()
 62 {
 63     return m_length;
 64 }
 65 
 66 template
 67 < typename t >
 68 bool heaparray<t>::get(int index, t& value)
 69 {
 70     bool ret = (0 <= index) && (index < length());
 71     
 72     if( ret )
 73     {
 74         value = m_pointer[index];
 75     }
 76     
 77     return ret;
 78 }
 79 
 80 template
 81 < typename t >
 82 bool heaparray<t>::set(int index, t value)
 83 {
 84     bool ret = (0 <= index) && (index < length());
 85     
 86     if( ret )
 87     {
 88         m_pointer[index] = value;
 89     }
 90     
 91     return ret;
 92 }
 93 
 94 template
 95 < typename t >
 96 t& heaparray<t>::operator [] (int index)
 97 {
 98     return m_pointer[index];
 99 }
100 
101 template
102 < typename t >
103 t heaparray<t>::operator [] (int index) const
104 {
105     return m_pointer[index];
106 }
107 
108 template
109 < typename t >
110 heaparray<t>& heaparray<t>::self()
111 {
112     return *this;
113 }
114 
115 template
116 < typename t >
117 heaparray<t>::~heaparray()
118 {
119     delete[]m_pointer;
120 }
121 
122 #endif

    2，应用：

 1 #include <iostream>
 2 #include <string>
 3 #include "heaparray.h"
 4 
 5 using namespace std;
 6 
 7 int main()
 8 {   
 9     heaparray<char>* pai = heaparray<char>::newinstance(10);
10     
11     if( pai != null )
12     {
13         heaparray<char>& ai = pai->self();
14         
15         for(int i=0; i<ai.length(); i++)
16         {
17             ai[i] = i + 'a';
18         }
19         
20         for(int i=0; i<ai.length(); i++)
21         {
22             cout << ai[i] << endl;
23         }
24     }
25     
26     delete pai;
27     
28     return 0;
29 }

   

6，小结：

    1，模板参数可以是数值型参数；

    2，数值型模板参数必须在编译期间唯一确定；

    3，数组类模板是基于数值型模板参数实现的；

    4，数组类模板是简易的线性表数据结构；