《CC++語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)案例教程》課件-第12章 模 板

1第十二章模板C

語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)案例教程12/23/20242案例一選擇排序模板1.問(wèn)題描述設(shè)計(jì)程序可以使用選擇排序分別對(duì)整型、雙精度類型、字符串型數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，根據(jù)不同情況可進(jìn)行升序和降序的排列并輸出。2.問(wèn)題分析注意掌握模板函數(shù)的定義、使用方法。12/23/202433.?C++?代碼#include<iostream> //C++?頭文件#include<string> //?C++?頭文件usingnamespacestd; //名稱空間template<typenameT>voidSelection_sort(Tarray[],intsize,intriseOrfall)//array為存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)組；size為數(shù)組長(zhǎng)度；riseOrfall為排序標(biāo)識(shí)，小于0降序，大于等于0增序；整個(gè)函數(shù)功能為，根據(jù)標(biāo)志對(duì)不同數(shù)據(jù)類型數(shù)組排序{Ttemp; //temp是進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的中間變量

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<<"整型數(shù)組為：";for(inti=0;i<3;i++)cout<<iarray[i]<<"";Selection_sort(iarray,3,1);cout<<endl<<"增序?yàn)椋?;for(i=0;i<3;i++)cout<<iarray[i]<<"";cout<<endl<<"實(shí)型數(shù)組為：";for(i=0;i<5;i++)cout<<darray[i]<<"";Selection_sort(darray,5,-1);cout<<endl<<"降序?yàn)椋?;for(i=0;i<5;i++)cout<<darray[i]<<"";cout<<endl<<"字符串?dāng)?shù)組為：";for(i=0;i<4;i++)cout<<sarray[i]<<"";Selection_sort(sarray,4,-1);cout<<endl<<"降序?yàn)椋?;for(i=0;i<4;i++)cout<<sarray[i]<<"";cout<<endl;}12/23/202454.程序運(yùn)行結(jié)果整型數(shù)組為：-2022890增序?yàn)椋?2020289實(shí)型數(shù)組為：3.149.8-1281314520降序?yàn)椋?3145209.83.14-128字符串?dāng)?shù)組為：dayantaxikedalintongxian降序?yàn)椋簒ikedaxianlintongdayanta12/23/20246C++?最重要的特性之一就是代碼重用，為了實(shí)現(xiàn)代碼重用，代碼必須具有通用性。通用代碼應(yīng)該不受數(shù)據(jù)類型的影響，并且可以自動(dòng)適應(yīng)數(shù)據(jù)類型的變化。這種程序設(shè)計(jì)類型稱為參數(shù)化程序設(shè)計(jì)。模板是C++?支持參數(shù)化程序設(shè)計(jì)的工具，通過(guò)它可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)化多態(tài)性。所謂參數(shù)化多態(tài)性，是將一段程序所處理的對(duì)象類型參數(shù)化，就可以使這段程序能夠處理某個(gè)類型范圍內(nèi)的各種類型的對(duì)象。使用模板可以使程序員建立具有通用類型的函數(shù)庫(kù)和類庫(kù)，縮短程序的長(zhǎng)度，在某種程度上也增加了程序的靈活性。由于C++?語(yǔ)言的程序結(jié)構(gòu)主要是由函數(shù)和類構(gòu)成的，因此，模板也具有兩種不同的形式：函數(shù)模板和類模板。12/23/2024712.1函數(shù)模板

12/23/20248大多數(shù)情況下，算法可以處理多種數(shù)據(jù)類型。但是用函數(shù)實(shí)現(xiàn)算法時(shí)，即使設(shè)計(jì)為重載函數(shù)，也只是使用相同的函數(shù)名，函數(shù)體仍然需要分別定義。我們先來(lái)看看下面這個(gè)交換兩個(gè)數(shù)字的函數(shù)swap(x,y)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。其中，x和y可以是整型、浮點(diǎn)型，當(dāng)然也可以是用戶定義的數(shù)據(jù)類型。C++?是強(qiáng)類型語(yǔ)言，參數(shù)x和y的類型在編譯時(shí)就必須聲明。因此我們需要對(duì)不同的數(shù)據(jù)類型分別定義不同的版本。例如，有以下程序：//整型數(shù)交換函數(shù)voidswap(int&a,int&b){inttemp;temp=a;a=b;b=temp;}//浮點(diǎn)數(shù)交換函數(shù)voidswap(float&a,float&b){floattemp;temp=a;a=b;b=temp;}12/23/20249還有雙精度型、字符類型等的重載版本，程序代碼完全一致。能不能為這些函數(shù)只寫(xiě)一套代碼呢？C++?提供了模板機(jī)制可以解決上述問(wèn)題。使用模板，把數(shù)據(jù)類型本身作為一個(gè)參數(shù)，這樣就可以使用一套代碼完成不同數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)交換，實(shí)際上也使編程趨于標(biāo)準(zhǔn)化。函數(shù)模版的聲明格式如下：template<classT>返回值類型模板函數(shù)名(參數(shù)表){//函數(shù)體}其中template是聲明模板的關(guān)鍵字，<classT>為模板參數(shù)列表，它給出數(shù)據(jù)類型參數(shù)T。使用函數(shù)模版時(shí)，必須將其實(shí)例化，如將T實(shí)例化為float型等。根據(jù)函數(shù)模版的定義，交換函數(shù)swap()的函數(shù)模板就可定義為12/23/202410template<classT>voidswap(T&a,T&b){Ttemp;temp=a;a=b;b=temp;}這里我們定義的模板含義是，無(wú)論模板參數(shù)T的實(shí)例是float型、int型或其他類型，都可以通過(guò)這一個(gè)函數(shù)模板來(lái)實(shí)現(xiàn)值的交換。12/23/202411例12.1用模板實(shí)現(xiàn)兩數(shù)交換函數(shù)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<<"交換后";cout<<"a="<<a<<",b="<<b<<endl;cout<<endl;floatc=1.2f,d=3.4f;cout<<"c="<<c<<",d="<<d;swap(c,d);cout<<"交換后";cout<<"c="<<c<<",d="<<d<<endl;cout<<endl;}12/23/202412程序運(yùn)行結(jié)果如下：a=10，b=20交換后a=20，b=10c=1.2，d=3.4交換后c=3.4，d=1.2在上面的程序中，我們分別調(diào)用了兩次swap()函數(shù)，一次是以整型參數(shù)調(diào)用的：swap(a,b);//a,b為int型編譯器從調(diào)用swap()時(shí)的實(shí)參類型推導(dǎo)出函數(shù)模板的類型參數(shù)。由于實(shí)參a和b為int型，所以推導(dǎo)出函數(shù)模板中類型參數(shù)T為int。當(dāng)類型參數(shù)的含義確定后，編譯器將以函數(shù)模板為樣板，生成一個(gè)模板函數(shù)：voidswap(int&a,int&b){inttemp;temp=a;a=b;b=temp;}實(shí)現(xiàn)兩個(gè)整型數(shù)據(jù)的交換。同樣地，用調(diào)用語(yǔ)句：swap(c,d);//c,d為float型可將函數(shù)模板的參數(shù)T實(shí)例化為float型，生成參數(shù)為float型的swap()函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了float型數(shù)據(jù)的交換。12/23/202413注意區(qū)分兩個(gè)術(shù)語(yǔ)——函數(shù)模板和模板函數(shù)，其中函數(shù)模板是指一類函數(shù)的抽象，即帶類型參數(shù)的函數(shù)；而模板函數(shù)則是類型參數(shù)實(shí)例化之后的函數(shù)。它們倆之間的關(guān)系就好像類與對(duì)象的關(guān)系。在C++?編譯時(shí)，函數(shù)模板和它同名的重載函數(shù)的匹配順序?yàn)椋?1)先去匹配函數(shù)模板的重載函數(shù)，如果參數(shù)完全匹配，則調(diào)用重載函數(shù)。(2)如果重載函數(shù)的參數(shù)類型不匹配，則去匹配函數(shù)模板，將其實(shí)例化產(chǎn)生一個(gè)匹配的模板函數(shù)，如果匹配成功，則調(diào)用此模板函數(shù)。(3)否則，編譯器嘗試通過(guò)類型轉(zhuǎn)換，來(lái)檢驗(yàn)調(diào)用是否和重載函數(shù)匹配，如果是，則調(diào)用重載函數(shù)。如果上述三個(gè)操作都沒(méi)有找到匹配的函數(shù)，那么編譯器會(huì)給出調(diào)用錯(cuò)誤的信息。12/23/202414案例二對(duì)象數(shù)組類定義1.問(wèn)題描述設(shè)計(jì)程序能夠動(dòng)態(tài)定義數(shù)組類型和長(zhǎng)度，能夠進(jìn)行存儲(chǔ)、修改、讀取數(shù)組中任意位置的元素。2.問(wèn)題分析注意類模板定義和使用方法。12/23/2024153.?C++?代碼#include<iostream>//C++?頭文件usingnamespacestd;//名稱空間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<<"不能初始化數(shù)組"<<endl;exit(1);}}template<typenameT>TobjArray<T>::getdata(intn){if(n<0||n>=lenth){cout<<"不能獲取數(shù)據(jù)。"<<endl;exit(1);}returnitem[n];}12/23/202416template<typenameT>voidobjArray<T>::setdata(Tx,intn){if(n<lenth&&n>=0)item[n]=x;else{cout<<"數(shù)據(jù)不存在。"<<endl;exit(1);}}voidmain(){objArray<int>a1(3);objArray<stu>a2(3);cout<<"請(qǐng)輸入3個(gè)數(shù)建立整型數(shù)組"<<endl;intx;for(inti=0;i<3;i++){cin>>x;a1.setdata(x,i);}cout<<"你想讀取第幾個(gè)數(shù)據(jù)：";cin>>x;cout<<"數(shù)組中第"<<x<<"個(gè)數(shù)據(jù)為："<<a1.getdata(x-1)<<endl<<endl;stus[3]={20200801,"張帥","信計(jì)20",20200701,"王平","軟工20",20200601,"李峰","計(jì)科20"};

for(i=0;i<3;i++)a2.setdata(s[i],i);cout<<"學(xué)生信息數(shù)組有三條信息:"<<endl;for(i=0;i<3;i++){cout<<a2.getdata(i).number<<","<<a2.getdata(i).name<<","<<a2.getdata(i).depart<<endl;

}cout<<"你想修改第幾個(gè)學(xué)生的數(shù)據(jù)(1-3):";cin>>x;stutemp;cout<<"學(xué)號(hào):";cin>>temp.number;cout<<"姓名:";cin>>;cout<<"班級(jí):";cin>>temp.depart;a2.setdata(temp,x-1);cout<<"學(xué)生信息數(shù)組有三條信息:"<<endl;for(i=0;i<3;i++){cout<<a2.getdata(i).number<<","<<a2.getdata(i).name<<","<<a2.getdata(i).depart<<endl;}}12/23/2024174.程序運(yùn)行結(jié)果請(qǐng)輸入3個(gè)數(shù)建立整型數(shù)組354你想讀取第幾個(gè)數(shù)據(jù)：2數(shù)組中第2個(gè)數(shù)據(jù)為：5學(xué)生信息數(shù)組有三條信息:20200801,張帥,信計(jì)2020200701,王平,軟工2020200601,李峰,計(jì)科20你想修改第幾個(gè)學(xué)生的數(shù)據(jù)(1-3):2學(xué)號(hào):20200501姓名:趙四班級(jí):網(wǎng)工20學(xué)生信息數(shù)組有三條信息:20200801,張帥,信計(jì)2020200501,趙四,網(wǎng)工2020200601,李峰,計(jì)科2012/23/20241812.2類模板

類似于函數(shù)模板，類模板就是將類的成員數(shù)據(jù)的類型進(jìn)行參數(shù)化，為類定義一個(gè)模版。使用類模板可使用戶可以為類聲明一種模式，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(包括系統(tǒng)預(yù)定義的和用戶自定義的)。類是對(duì)一組對(duì)象的公共性質(zhì)的抽象，而類模板則是對(duì)不同類的公共性質(zhì)的抽象，因此類模板是屬于更高層次的抽象。由于類模板需要一種或多種類型參數(shù)，所以類模板也常常稱為參數(shù)化類。定義類模板的格式為template<classT>class類模板名{//成員定義};其中，template<classT>的意義和函數(shù)模板相同。我們來(lái)看看下面堆棧類實(shí)現(xiàn)的例子。無(wú)論堆棧中存放的是整數(shù)型、浮點(diǎn)數(shù)或者是其他類型的元素，它在所有類型上進(jìn)行的操作都是一樣的，如入棧、出棧等等。使用模板類，可以將元素的類型作為類的類型參數(shù)來(lái)處理，減少了代碼的重復(fù)。12/23/202419例12.2堆棧類模板Stack的使用。#include<iostream.h>template<classT> //定義堆棧類的模板classStack{T*data;inttop; //棧頂

intsize; //堆棧的尺寸

intIsEmpty() //判斷堆棧是否為空

{return(top<0)?1:0;}intIsFull() //判斷堆棧是否已滿

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

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

Tpop(); //彈出操作};12/23/202420//堆棧類Stack的實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)壓入、彈出操作template<classT> //類模板的成員函數(shù)的實(shí)現(xiàn)voidStack<T>::push(Ta){if(IsFull()){cout<<"FullofStack"<<endl;}else{*(data+top++)=a;}}template<classT> //類模板的成員函數(shù)的實(shí)現(xiàn)TStack<T>::pop(){if(IsEmpty()){cout<<"EmptyofStack"<<endl;}return(*(data+--top));}//測(cè)試堆棧類模板Stack12/23/202421voidmain(){cout<<"----整數(shù)堆棧----\n";Stack<int>x(5); //定義一個(gè)可以放5個(gè)整型元素的堆棧

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<<"----浮點(diǎn)數(shù)堆棧----\n";Stack<float>y(6);