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模板
函数模板
类模板
非类型模板参数
模板的特化
函数模板特化
类模板的特化
为什么普通函数可以分离#xff1f;
继承
继承概念
基类和派生类对象赋值转换#xff08;切割#xff0c;切片#xff09;
隐藏
派生类的默认成员函数
.复杂的菱形继承及菱形…目录
模板
函数模板
类模板
非类型模板参数
模板的特化
函数模板特化
类模板的特化
为什么普通函数可以分离
继承
继承概念
基类和派生类对象赋值转换切割切片
隐藏
派生类的默认成员函数
.复杂的菱形继承及菱形虚拟继承
继承的总结和反思 模板
函数模板
函数模板的概念
函数模板代表了一个函数家族该函数模板与类型无关在使用时被参数化根据实参类型产生函数的特定类型版本模板函数的语法格式:
注意typename是用来定义模板参数关键字也可以使用class(切记不能使用struct代替class)templatetypename T,typename V
void Func(T t,V v)
{// ...
}
函数模板的原理
函数模板是一个蓝图它本身并不是函数是编译器用使用方式产生特定具体类型函数的模具。所以其实模板就是将本来应该我们做的重复的事情交给了编译器在编译器编译阶段对于模板函数的使用编译器需要根据传入的实参类型来推演生成对应类型的函数以供调用。比如当用double类型使用函数模板时编译器通过对实参类型的推演将T确定为double类型然后产生一份专门处理double类型的代码对于字符类型也是如此。函数模板的实例化:隐式实例化让编译器根据实参推演模板参数的实际类型 显式实例化在函数名后的中指定模板参数的实际类型类模板
类模板的概念
类模板与函数模板一样代表了一个类家族该类模板与类型无关在使用时需要显示实例化。
类模板的定义格式
templateclass T1, class T2, ..., class Tn
class 类模板名
{// 类内成员定义
};
类模板的实例化
类模板实例化与函数模板实例化不同类模板实例化需要在类模板名字后跟然后将实例化的类型放在中即可类模板名字不是真正的类而实例化的结果才是真正的类.
非类型模板参数
模板参数分类类型形参与非类型形参。 类型形参即出现在模板参数列表中跟在class或者typename之类的参数类型名称。 非类型形参就是用一个常量作为类(函数)模板的一个参数在类(函数)模板中可将该参数当成常量来使用。namespace bite
{// 定义一个模板类型的静态数组templateclass T, size_t N 10class array{public:T operator[](size_t index){return _array[index];}const T operator[](size_t index)const{return _array[index];}size_t size()const{return _size;}bool empty()const{return 0 _size;}private:T _array[N];size_t _size;}
}
注意 1. 浮点数、类对象以及字符串是不允许作为非类型模板参数的。 2. 非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果。模板的特化
概念通常情况下使用模板可以实现一些与类型无关的代码但对于一些特殊类型的可能会得到一些错误的结果需要特殊处理比如实现了一个专门用来进行小于比较的函数模板。
函数模板特化
函数模板的特化步骤 1. 必须要先有一个基础的函数模板 2. 关键字template后面接一对空的尖括号 3. 函数名后跟一对尖括号尖括号中指定需要特化的类型 4. 函数形参表: 必须要和模板函数的基础参数类型完全相同如果不同编译器可能会报一些奇怪的错误。templateclass T//针对所有类型
bool Less(T left, T right)
{return left right;
}template //对于int类型的特化当传入int类型时会执行该函数
bool Lessint(int left,int right)
{return leftright
}
注意一般情况下如果函数模板遇到不能处理或者处理有误的类型为了实现简单通常都是将该函数直接给出通过函数重载来实现。类模板的特化
1.全特化将模板参数列表中所有的参数都确定化
templateclass T1, class T2
class Data
{
public:Data() {coutDataT1, T2 endl;}
private:T1 _d1;T2 _d2;
};
template
class Dataint, char
{
public:Data() {coutDataint, char endl;}
private:int _d1;char _d2;
}
2.偏特化任何针对模版参数进一步进行条件限制设计的特化版本。比如对于以下模板类
templateclass T1, class T2
class Data
{
public:Data() {coutDataT1, T2 endl;}
private:T1 _d1;T2 _d2;
};
偏特化有两种表现方式
1 部分特化将模板参数类表中的一部分参数特化
// 将第二个参数特化为int
template class T1
class DataT1, int
{
public:Data() {coutDataT1, int endl;}
private:T1 _d1;int _d2;
};
2.参数跟进一步的限制
偏特化并不仅仅是指特化部分参数而是针对模板参数更进一步的条件限制所设计出来的一个特化版本。可以是指针或者引用等等类型。//两个参数偏特化为指针类型
template typename T1, typename T2
class Data T1*, T2*
{
public:Data() {coutDataT1*, T2* endl;}private:
T1 _d1;T2 _d2;
}; 模板声明和定义不支持分离写道.h和.cpp中 原因编译器在编译时是对每个文件进行独立编译,如果分开定义我们在编译时由于是模板没有实例化编译器不知道该如何生成这段代码所以不会编译这段代码在调用时由于没有具体的函数地址则无法被编译器所识别。 // add.h声明放头文件
template typename T
T add(T a, T b); // 只声明不定义// add.cpp定义放源文件
#include add.h
template typename T
T add(T a, T b) { // 定义实现return a b;
}// main.cpp使用模板
#include add.h
int main() {add(1, 2); // 尝试使用 addintreturn 0;
} 编译 main.cpp 时编译器无法生成 addint main.cpp 只包含 add.h只能看到模板的声明看不到 add.cpp 中的定义。没有完整定义编译器不知道如何生成 addint 的实际代码只能暂时记下 “需要一个 addint 函数”。 编译 add.cpp 时编译器也不会生成 addint add.cpp 中有模板的完整定义但编译器不知道 main.cpp 会用 int 类型实例化它。C 标准规定编译器不会主动为模板生成所有可能的实例因为类型是无限的比如 int、double、string 等只会在看到具体实例化请求时才生成。 链接阶段报错 链接器需要把 main.cpp 中对 addint 的引用和实际代码关联起来但此时两个目标文件中都没有 addint 的二进制指令因此会报 “未定义的引用” 错误。 为什么普通函数可以分离 普通函数非模板的声明和定义可以分离因为 编译器在编译 .cpp 时会为普通函数生成完整的二进制指令比如 int add(int a, int b) 的代码会直接生成在 add.o 中。链接时main.o 中对 add 的引用可以直接找到 add.o 中的二进制代码。 而模板函数没有 “默认生成” 的代码必须等待具体类型的实例化请求这就要求实例化时必须能看到完整定义所以我们建议将模板的声明和定义放到一个文件中 模板总结 【优点】 1. 模板复用了代码节省资源更快的迭代开发C的标准模板库(STL)因此而产生 2. 增强了代码的灵活性 【缺陷】 1. 模板会导致代码膨胀问题也会导致编译时间变长 2. 出现模板编译错误时错误信息非常凌乱不易定位错误 继承
继承概念
继承(inheritance)机制是面向对象程序设计使代码可以复用的最重要的手段它允许程序员在保持原有类特性的基础上进行扩展增加功能这样产生新的类称派生类。继承呈现了面向对象程序设计的层次结构体现了由简单到复杂的认知过程。以前我们接触的复用都是函数复用继承是类设计层次的复用意义继承的核心是 **“复用已有”“扩展特有”**它通过建立类之间的层次关系减少了代码冗余提高了可维护性并为多态提供了基础是面向对象编程中实现抽象和封装的重要手段。基类和派生类对象赋值转换切割切片
派生类对象 可以赋值给 基类的对象 / 基类的指针 / 基类的引用。这里有个形象的说法叫切片或者切割。寓意把派生类中父类那部分切来赋值过去。
基类对象不能赋值给派生类对象。
基类的指针或者引用可以通过强制类型转换赋值给派生类的指针或者引用。但是必须是基类的指针是指向派生类对象时才是安全的。这里基类如果是多态类型可以使用RTTI(RunTime Type Information)的dynamic_cast 来进行识别后进行安全转换
隐藏
1. 在继承体系中基类和派生类都有独立的作用域。
2. 子类和父类中有同名成员子类成员将屏蔽父类对同名成员的直接访问这种情况叫隐藏也叫重定义。在子类成员函数中可以使用 基类::基类成员 显示访问且不构成重写
3. 需要注意的是如果是成员函数的隐藏只需要函数名相同就构成隐藏。
4. 注意在实际中在继承体系里面最好不要定义同名的成员
派生类的默认成员函数
1. 派生类的构造函数必须调用基类的构造函数初始化基类的那一部分成员。如果基类没有默认
的构造函数则必须在派生类构造函数的初始化列表阶段显示调用。
2. 派生类的拷贝构造函数必须调用基类的拷贝构造完成基类的拷贝初始化。
3. 派生类的operator必须要调用基类的operator完成基类的复制。
4. 派生类的析构函数会在被调用完成后自动调用基类的析构函数清理基类成员。因为这样才能
保证派生类对象先清理派生类成员再清理基类成员的顺序。
5. 派生类对象初始化先调用基类构造再调派生类构造。
6. 派生类对象析构清理先调用派生类析构再调基类的析构。
7. 因为后续一些场景析构函数需要构成重写重写的条件之一是函数名相同那么编译器会对析构函数名进行特殊处理处理成destrutor()所以父类析构函数不加virtual的情况下子类析构函数和父类析构函数构成隐藏关系。
.复杂的菱形继承及菱形虚拟继承
单继承一个子类只有一个直接父类时称这个继承关系为单继承多继承一个子类有两个或以上直接父类时称这个继承关系为多继承菱形继承菱形继承是多继承的一种特殊情况。 菱形继承的问题从下面的对象成员模型构造可以看出菱形继承有数据冗余和二义性的问题。在Assistant的对象中Person成员会有两份。class Person
{string _name;
}:class Student :public Person
{int _num
};class Teacher : public Person
{int _id;
};class Assitant: public Student,public Teacher
{stirng _majorCourse;
};void Test ()
{// 这样会有二义性无法明确知道访问的是哪一个Assistant a ;
a._name peter;
// 需要显示指定访问哪个父类的成员可以解决二义性问题但是数据冗余问题无法解决a.Student::_name xxx;a.Teacher::_name yyy;
} 虚拟继承可以解决菱形继承的二义性和数据冗余的问题。如上面的继承关系在Student和Teacher的继承Person时使用虚拟继承即可解决问题。需要注意的是虚拟继承不要在其他方去使用。 class Person
{
public :string _name ; // 姓名
};
class Student : virtual public Person
{
protected :int _num ; //学号
};
class Teacher : virtual public Person
{
protected :int _id ; // 职工编号
};
class Assistant : public Student, public Teacher
{
protected :string _majorCourse ; // 主修课程
};
void Test ()
{Assistant a ;a._name peter;
}
虚拟继承解决数据冗余和二义性的原理为了研究虚拟继承原理我们给出了一个简化的菱形继承继承体系再借助内存窗口观察对象成 员的模型 class A
{
public:int _a;
};
// class B : public A
class B : virtual public A
{
public:int _b;
};
// class C : public A
class C : virtual public A
{
public:int _c;
};
class D : public B, public C
{
public:int _d;
};
int main()
{D d;d.B::_a 1;d.C::_a 2;d._b 3;d._c 4;d._d 5;return 0;
} 下图是菱形继承的内存对象成员模型可以发现有数据冗余问题 下图是菱形虚拟继承的内存对象成员模型这里可以分析出D对象中将A放到的了对象组成的最下面这个A同时属于B和C那么B和C如何去找到公共的A呢这里是通过了B和C的两个指针指向的一张表。这两个指针叫虚基表指针这两个表叫虚基表。虚基表中存的偏移量。通过偏移量可以找到下面的A。 继承的总结和反思 1. 很多人说C语法复杂其实多继承就是一个体现。有了多继承就存在菱形继承有了菱形继承就有菱形虚拟继承底层实现就很复杂。所以一般不建议设计出多继承一定不要设计出菱形继承。否则在复杂度及性能上都有问题。 2. 多继承可以认为是C的缺陷之一很多后来的OO语言都没有多继承如Java。 3. 继承和组合 public继承是一种is-a的关系。也就是说每个派生类对象都是一个基类对象。 组合是一种has-a的关系。假设B组合了A每个B对象中都有一个A对象。 优先使用对象组合而不是类继承 。 继承允许你根据基类的实现来定义派生类的实现。这种通过生成派生类的复用通常被称为白箱复用(white-box reuse)。术语“白箱”是相对可视性而言在继承方式中基类的内部细节对子类可见 。继承一定程度破坏了基类的封装基类的改变对派生类有很大的影响。派生类和基类间的依赖关系很强耦合度高。 对象组合是类继承之外的另一种复用选择。新的更复杂的功能可以通过组装或组合对象来获得。对象组合要求被组合的对象具有良好定义的接口。这种复用风格被称为黑箱复用(black-box reuse)因为对象的内部细节是不可见的。对象只以“黑箱”的形式出现。组合类之间没有很强的依赖关系耦合度低。优先使用对象组合有助于你保持每个类被封装。 实际尽量多去用组合。组合的耦合度低代码维护性好。不过继承也有用武之地的有些关系就适合继承那就用继承另外要实现多态也必须要继承。类之间的关系可以用继承可以用组合就用组合。
