c++基础学习笔记(二)
-----摘自c++菜鸟教程----模板模板是泛型编程的基础,泛型编程即以一种独立于任何特定类型的方式编写代码。模板是创建泛型类或函数的蓝图或公式。库容器,比如迭代器和算法,都是泛型编程的例子,它们都使用了模板的概念。每个容器都有一个单一的定义,比如 向量,我们可以定义许多不同类型的向量,比如 vector或 vector 。您可以使用模板来定义函数和类,接下来让我们一起来看看如何使...
-----摘自c++菜鸟教程----
模板
模板是泛型编程的基础,泛型编程即以一种独立于任何特定类型的方式编写代码。
模板是创建泛型类或函数的蓝图或公式。库容器,比如迭代器和算法,都是泛型编程的例子,它们都使用了模板的概念。
每个容器都有一个单一的定义,比如 向量,我们可以定义许多不同类型的向量,比如 vector 或 vector 。
您可以使用模板来定义函数和类,接下来让我们一起来看看如何使用。
函数模板
模板函数定义的一般形式如下所示:
template <class type> ret-type func-name(parameter list)
{
// 函数的主体
}
在这里,type 是函数所使用的数据类型的占位符名称。这个名称可以在函数定义中使用。
下面是函数模板的实例,返回两个数中的最大值:
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
template <typename T>
inline T const& Max (T const& a, T const& b)
{
return a < b ? b:a;
}
int main ()
{
int i = 39;
int j = 20;
cout << "Max(i, j): " << Max(i, j) << endl;
double f1 = 13.5;
double f2 = 20.7;
cout << "Max(f1, f2): " << Max(f1, f2) << endl;
string s1 = "Hello";
string s2 = "World";
cout << "Max(s1, s2): " << Max(s1, s2) << endl;
return 0;
}
当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:
Max(i, j): 39
Max(f1, f2): 20.7
Max(s1, s2): World
类模板
正如我们定义函数模板一样,我们也可以定义类模板。泛型类声明的一般形式如下所示:
template <class type> class class-name {
...
}
在这里,type 是占位符类型名称,可以在类被实例化的时候进行指定。您可以使用一个逗号分隔的列表来定义多个泛型数据类型。
下面的实例定义了类 Stack<>,并实现了泛型方法来对元素进行入栈出栈操作:
#include <iostream>
#include <vector>
#include <cstdlib>
#include <string>
#include <stdexcept>
using namespace std;
template <class T>
class Stack {
private:
vector<T> elems; // 元素
public:
void push(T const&); // 入栈
void pop(); // 出栈
T top() const; // 返回栈顶元素
bool empty() const{ // 如果为空则返回真。
return elems.empty();
}
};
template <class T>
void Stack<T>::push (T const& elem)
{
// 追加传入元素的副本
elems.push_back(elem);
}
template <class T>
void Stack<T>::pop ()
{
if (elems.empty()) {
throw out_of_range("Stack<>::pop(): empty stack");
}
// 删除最后一个元素
elems.pop_back();
}
template <class T>
T Stack<T>::top () const
{
if (elems.empty()) {
throw out_of_range("Stack<>::top(): empty stack");
}
// 返回最后一个元素的副本
return elems.back();
}
int main()
{
try {
Stack<int> intStack; // int 类型的栈
Stack<string> stringStack; // string 类型的栈
// 操作 int 类型的栈
intStack.push(7);
cout << intStack.top() <<endl;
// 操作 string 类型的栈
stringStack.push("hello");
cout << stringStack.top() << std::endl;
stringStack.pop();
stringStack.pop();
}
catch (exception const& ex) {
cerr << "Exception: " << ex.what() <<endl;
return -1;
}
}
当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:
7
hello
Exception: Stack<>::pop(): empty stack
STL
STL(标准模板库)
C++ STL(标准模板库)是一套功能强大的 C++ 模板类,提供了通用的模板类和函数,这些模板类和函数可以实现多种流行和常用的算法和数据结构,如向量、链表、队列、栈。
C++ 标准模板库的核心包括以下三个组件:
组件 | 描述 |
---|---|
容器(Containers) | 容器是用来管理某一类对象的集合。C++ 提供了各种不同类型的容器,比如 deque、list、vector、map 等。 |
算法(Algorithms) | 算法作用于容器。它们提供了执行各种操作的方式,包括对容器内容执行初始化、排序、搜索和转换等操作。 |
迭代器(iterators) | 迭代器用于遍历对象集合的元素。这些集合可能是容器,也可能是容器的子集。 |
这三个组件都带有丰富的预定义函数,帮助我们通过简单的方式处理复杂的任务。
下面的程序演示了向量容器(一个 C++ 标准的模板),它与数组十分相似,唯一不同的是,向量在需要扩展大小的时候,会自动处理它自己的存储需求:
实例
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{ // 创建一个向量存储 int
vector<int> vec;
int i; // 显示 vec 的原始大小
cout << "vector size = " << vec.size() << endl; // 推入 5 个值到向量中
for (i = 0; i < 5; i++)
{
vec.push_back(i);
} // 显示 vec 扩展后的大小
cout << "extended vector size = " << vec.size() << endl;// 访问向量中的 5 个值
for (i = 0; i < 5; i++)
{
cout << "value of vec [" << i << "] = " << vec[i] << endl;
} // 使用迭代器 iterator 访问值
vector<int>::iterator v = vec.begin();
while (v != vec.end())
{
cout << "value of v = " << *v << endl;
v++;
}
return 0;
}
当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:
vector size = 0
extended vector size = 5
value of vec [0] = 0
value of vec [1] = 1
value of vec [2] = 2
value of vec [3] = 3
value of vec [4] = 4
value of v = 0
value of v = 1
value of v = 2
value of v = 3
value of v = 4
关于上面实例中所使用的各种函数,有几点要注意:
- push_back( ) 成员函数在向量的末尾插入值,如果有必要会扩展向量的大小。
- size( ) 函数显示向量的大小。
- begin( ) 函数返回一个指向向量开头的迭代器。
- end( ) 函数返回一个指向向量末尾的迭代器。
vector 的 capacity 和 size 属性区别
size 是当前 vector 容器真实占用的大小,也就是容器当前拥有多少个容器。
capacity 是指在发生 realloc 前能允许的最大元素数,即预分配的内存空间。
当然,这两个属性分别对应两个方法:resize() 和 reserve()。
使用 resize() 容器内的对象内存空间是真正存在的。
使用 reserve() 仅仅只是修改了 capacity 的值,容器内的对象并没有真实的内存空间(空间是"野"的)。
此时切记使用 [] 操作符访问容器内的对象,很可能出现数组越界的问题。
下面用例子进行说明:
#include <iostream>
#include <vector>
using std::vector;
int main(void)
{
vector<int> v;
std::cout<<"v.size() == " << v.size() << " v.capacity() = " << v.capacity() << std::endl;
v.reserve(10);
std::cout<<"v.size() == " << v.size() << " v.capacity() = " << v.capacity() << std::endl;
v.resize(10);
v.push_back(0);
std::cout<<"v.size() == " << v.size() << " v.capacity() = " << v.capacity() << std::endl;
return 0;
}
运行结果为:(win 10 + VS2019)
注: 对于 reserve(10) 后接着直接使用 [] 访问越界报错(内存是野的),大家可以加一行代码试一下,我这里没有贴出来。
这里直接用**[]**访问,vector 退化为数组,不会进行越界的判断。此时推荐使用 at(),会先进行越界检查。
相关引申:
针对 capacity 这个属性,STL 中的其他容器,如 list map set deque,由于这些容器的内存是散列分布的,因此不会发生类似 realloc() 的调用情况,因此我们可以认为 capacity 属性针对这些容器是没有意义的,因此设计时这些容器没有该属性。
在 STL 中,拥有 capacity 属性的容器只有 vector 和 string。
标准库
C++ 标准库可以分为两部分:
- 标准函数库: 这个库是由通用的、独立的、不属于任何类的函数组成的。函数库继承自 C 语言。
- 面向对象类库: 这个库是类及其相关函数的集合。
C++ 标准库包含了所有的 C 标准库,为了支持类型安全,做了一定的添加和修改。
标准函数库
标准函数库分为以下几类:
- 输入/输出 I/O
- 字符串和字符处理
- 数学
- 时间、日期和本地化
- 动态分配
- 其他
- 宽字符函数
面向对象类库
标准的 C++ 面向对象类库定义了大量支持一些常见操作的类,比如输入/输出 I/O、字符串处理、数值处理。面向对象类库包含以下内容:
- 标准的 C++ I/O 类
- String 类
- 数值类
- STL 容器类
- STL 算法
- STL 函数对象
- STL 迭代器
- STL 分配器
- 本地化库
- 异常处理类
- 杂项支持库
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