C++的学习第三部分
一、模板
模板：C++的编译期代码生成机制，通过参数化类型实现泛型编程，允许编写与类型无关的通用代码。
模板的特点：
泛型编程和模板机制：
泛型编程：一种以类型参数化为核心的编程范式，通过模板机制编写与具体数据类型无关的通用算法和数据结构，实现代码复用且不牺牲运行时性能。
1、函数模板
函数模板：C++中用于生成重载函数的编译期蓝图，通过参数化类型让同一算法适用于不同数据类型，在调用时根据实参自动推导或显式实例化具体函数版本。
函数模板的语法：
总结：
注意事项：
①自动类型推导，必须推导出一致的数据类型T才可以使用。
template <typename TYPE> void my_swap(TYPE &a, TYPE &b) { TYPE num; num = a; a = b; b = num; } int main() { int a = 1; double c = 3.1; my_swap(a, c); // ❌ a是int类型，c是double类型，不可以使用模板。 system("pause"); return 0; }②模板必须要确定T的数据类型才可以使用。
template <typename TYPE> void fun() { cout << "fun()函数调用" << endl; } int main() { fun(); // ❌ TYPE类型未确定，不可以使用模板。 fun<int>(); // ✅ TYPE类型是int，TYPE类型确定了，可以使用模板。 system("pause"); return 0; }2、函数模板的案例
案例描述：
3、普通函数和函数模版的区别
如果函数模板的参数是引用，也不会发生隐式转换，因为引用不允许改变它的指向，也就是引用绑定的对象不能变。
总结：
4、普通函数和函数模版的调用规则
调用规则：
（1）普通函数和函数模板都可以实现，优先调用普通函数。
注意⚠️：在普通函数和函数模板都可以实现的时候，如果普通函数只有声明，没有定义，那么调用函数时，并不是调用函数模板，还是按照优先调用普通函数的规则，又因为普通函数没有实现，直接报错误信息。
（2）通过空模板参数列表（<>）可以强制调用函数模板。
![]()
（3）函数模板也可以重载。
（4）函数模板可以更好的匹配，优先调用函数模板。
总结：
5、模板的局限性
局限性：模板不是万能的，有些特定的数据类型需要具体化方式进行特殊的实现。
总结：
6、类模板
类模板：一种代码蓝图，允许你定义一个通用类，其中数据类型作为参数，在实例化时再指定具体类型（如vector<int>）
语法：
总结：
7、类模板与函数模板的区别
（1）类模板不可以自动类型推导
（2）类模板的参数列表可以有默认参数
8、类模板中成员函数的创建时机
类模板成员函数未调用不创建
类模板成员函数调用时创建
9、类模板对象做函数参数
类模板对象传参的方式：
（1）指定传入的类型：直接显示对象的数据类型
（2）参数模板化：对象中的参数变为模板进行传递
（3）整个类模板化：对象类型模板化进行传递
总结：
10、类模板与继承
指定具体的父类模板类型
子类也使用模板
总结：
11、类模板成员函数类外实现
总结：
12、类模板分文件编写
问题：
解决：
（1）直接包含cpp源文件
person.h：
person.cpp：
main.cpp：
（2）声明和实现在同一个文件中，文件名为.hpp
person.hpp：
main.cpp：
总结：
13、类模板与友元
（1）类内实现
（2）类外实现
总结：
14、类模板的案例
案例描述：实现一个通用数组类
案例测试：
My_Array.hpp：
main.cpp：
测试结果：
案例的完整实现：
My_Array.hpp：
#include "My_Array.hpp" #include <string> void print_array(MyArray<int>& arr) { for (int i = 0; i < arr.get_array_size(); i++) { cout << arr[i] << " "; } cout << endl; } void test() { cout << "---数组类模板测试---" << endl; // arr1的数组 MyArray<int> arr1(5); // 尾插 for (int i = 0; i < 5; i++) { arr1.Push_Back(i); } cout << "arr1的输出："; print_array(arr1); // 容量和大小 cout << "arr1的容量：" << arr1.get_array_capacity() << endl; cout << "arr1的大小：" << arr1.get_array_size() << endl; // 拷贝构造 MyArray<int> arr2(arr1); cout << "arr2的输出："; print_array(arr2); // 赋值 MyArray<int> arr3(5); arr3 = arr1; cout << "arr3的输出："; print_array(arr3); // 尾删 arr2.Pop_Back(); cout << "arr2尾删后" << endl; cout << "arr2的容量：" << arr2.get_array_capacity() << endl; cout << "arr2的大小：" << arr2.get_array_size() << endl; cout << "arr2的输出："; print_array(arr2); } // 自定义数据类型 class Person { public: Person() {} Person(string name, int age):m_name(name),m_age(age) {} string m_name; int m_age; }; void print_person(MyArray<Person> &arr) { for (int i = 0; i < arr.get_array_size(); i++) { cout << "姓名：" << arr[i].m_name << endl; cout << "年龄：" << arr[i].m_age << endl; } } void test2() { cout << "---自定义数据类型测试---" << endl; // 数组类模板存储的数据是Person类型 MyArray<Person> arr(5); Person p1("张三", 20); Person p2("李四", 22); Person p3("王五", 25); Person p4("孙悟空", 18); Person p5("猪八戒", 21); // 插入 arr.Push_Back(p1); arr.Push_Back(p2); arr.Push_Back(p3); arr.Push_Back(p4); arr.Push_Back(p5); // 输出打印 print_person(arr); // 修改元素 //Person p6("唐僧", 30); arr[0] = Person("唐僧", 30); cout << "arr[0]" << endl; cout << "姓名：" << arr[0].m_name << endl; cout << "年龄：" << arr[0].m_age << endl; // 容量和大小 cout << "arr的容量：" << arr.get_array_capacity() << endl; cout << "arr的大小：" << arr.get_array_size() << endl; } int main() { test(); test2(); system("pause"); return 0; }main.cpp：
#include "My_Array.hpp" #include <string> void print_array(MyArray<int>& arr) { for (int i = 0; i < arr.get_array_size(); i++) { cout << arr[i] << " "; } cout << endl; } void test() { cout << "---数组类模板测试---" << endl; // arr1的数组 MyArray<int> arr1(5); // 尾插 for (int i = 0; i < 5; i++) { arr1.Push_Back(i); } cout << "arr1的输出："; print_array(arr1); // 容量和大小 cout << "arr1的容量：" << arr1.get_array_capacity() << endl; cout << "arr1的大小：" << arr1.get_array_size() << endl; // 拷贝构造 MyArray<int> arr2(arr1); cout << "arr2的输出："; print_array(arr2); // 赋值 MyArray<int> arr3(5); arr3 = arr1; cout << "arr3的输出："; print_array(arr3); // 尾删 arr2.Pop_Back(); cout << "arr2尾删后" << endl; cout << "arr2的容量：" << arr2.get_array_capacity() << endl; cout << "arr2的大小：" << arr2.get_array_size() << endl; cout << "arr2的输出："; print_array(arr2); } // 自定义数据类型 class Person { public: Person() {} Person(string name, int age):m_name(name),m_age(age) {} string m_name; int m_age; }; void print_person(MyArray<Person> &arr) { for (int i = 0; i < arr.get_array_size(); i++) { cout << "姓名：" << arr[i].m_name << endl; cout << "年龄：" << arr[i].m_age << endl; } } void test2() { cout << "---自定义数据类型测试---" << endl; // 数组类模板存储的数据是Person类型 MyArray<Person> arr(5); Person p1("张三", 20); Person p2("李四", 22); Person p3("王五", 25); Person p4("孙悟空", 18); Person p5("猪八戒", 21); // 插入 arr.Push_Back(p1); arr.Push_Back(p2); arr.Push_Back(p3); arr.Push_Back(p4); arr.Push_Back(p5); // 输出打印 print_person(arr); // 修改元素 //Person p6("唐僧", 30); arr[0] = Person("唐僧", 30); cout << "arr[0]" << endl; cout << "姓名：" << arr[0].m_name << endl; cout << "年龄：" << arr[0].m_age << endl; // 容量和大小 cout << "arr的容量：" << arr.get_array_capacity() << endl; cout << "arr的大小：" << arr.get_array_size() << endl; } int main() { test(); test2(); system("pause"); return 0; }结果：
二、STL初识
STL：C++中一套由容器、迭代器、算法和函数对象组成的通用模板库，提供了高效、可复用的数据结构和算法。
STL的诞生：
1、STL的基本概念
STL的六大组件：
STL的容器、算法、迭代器：
（1）容器
（2）算法
（3）迭代器
迭代器的种类：
2、vector
（1）存放内置数据类型
（2）存放自定义数据类型
（3）存放自定义数据类型的指针
3、vector容器嵌套容器
三、STL的常用容器
1、string容器
（1）string构造函数
（2）string赋值操作
①string& operator=(const char *s);
②string& operator=(const string &s);
③string& operator=(char c);
④string& assign(const char *s);
⑤string& assign(const char *s, int n);
⑥string& assign(const string &s);
⑦string& assign(int n, char c);
（3）string字符串拼接
①string& operator+=(const char* str);
②string& operator+=(const char c);
③string& operator+=(const string& str);
④string& append(const char *s);
⑤string& append(const char *s, int n);
⑥string& append(const string &s);
⑦string& append(const string &s, int pos, int n);
（4）string查找和替换
查找：
替换：
（5）string字符串比较
比较方式：字符串比较按照字符的ASCII码对比。（=返回0，>返回1，<返回-1）
（6）string字符存取
string的单个字符存取：
（7）string插入和删除
（8）string子串
2、vector容器
功能：
vector与普通数组的区别：
动态扩展：
（1）vector构造函数
（2）vector赋值操作
①vector& operator=(const vector &vec);
②assign(beg,end);
③assign(n,elem);
（3）vector的容量和大小
resize（指定大小）若指定的更大，默认0填充，重载版本指定填充数值；若指定的更小，多余的删除。
总结：
（4）vector插入和删除
（5）vector数据存取
（6）vector互换容器
①使用示例
②实际用途
巧用swap收缩内存空间
（7）vector预留空间
没有reserve() 预留空间：
reserve() 预留空间：
3、deque容器
功能：
deque和vector的区别：
deque工作原理：
deque容器的迭代器也支持随机访问。
（1）deque构造函数
（2）deque赋值操作
①deque& operator=(const deque &deq);
②assign(beg,end);
③assign(n,elem);
（3）deque大小操作
（4）deque插入和删除
（5）deque数据存取
（6）deque排序操作
4、STL的案例1 - 评委打分
案例描述：
实现步骤：
结果：
5、stack容器
（1）基本概念
stack：先进后出的数据结构，只有一个出口。
栈中只有栈顶元素可被使用，不允许遍历行为。
（2）stack常用接口
总结：
6、queue容器
（1）基本概念
queue：先进先出的数据结构，有两个出口。
（2）queue常用接口
总结：
7、list容器
（1）基本概念
链表和结点
链表的存储方式不是连续的内存空间，因此链表的迭代器只支持前移和后移（只能一个一个递增或递减，不能跳跃几个递增或递减），属于双向迭代器。
优点和缺点
（2）list构造函数
（3）list的赋值和交换
（4）list大小操作
总结：
（5）list插入和删除
总结：
（6）list数据存取
总结：
（7）list反转和排序
总结：
（8）list排序案例
总结：
8、set容器
set容器：所有元素在插入时会自动排序
本质：
（1）set构造和赋值
总结：
（2）set大小和交换
总结：
（3）set插入和删除
总结：
（4）set查找和统计
总结：
（5）set和multiset的区别
总结：
（6）pair对组的创建
功能：
两种创建方式：
（7）set容器排序
①内置类型指定排序规则
②自定义数据类型指定排序规则
总结：
9、map容器
概念：
本质：
优点：
（1）map构造和赋值
（2）map大小和交换
总结：
（3）map插入和删除
总结：
（4）map查找和统计
总结：
（5）map容器排序
总结：
10、STL案例2 - 员工分组
案例描述：
实现步骤：
四、STL函数对象
1、函数对象概念
概念：
本质：
2、函数对象的使用
特点：
（1）函数对象在使用时，像普通函数一样调用，有参数也有返回值。
（2）函数对象超出普通函数的概念，函数对象可以有自己的状态。
（3）函数对象可作为参数传递
3、谓词
（1）一元谓词
（2）二元谓词
4、内建函数对象
（1）算术仿函数
（2）关系仿函数
（3）逻辑仿函数
五、STL常用算法
1、常用遍历算法
（1）for_each
（2）transform
2、常用查找算法
（1）find
（2）find_if
①内置数据类型
②自定义数据类型
（3）adjacent_find
（4）binary_search
无序序列进行binary_search查找，结果未知，所以必须是有序序列才可正确查找。
（5）count
①内置数据类型
②自定义数据类型
（6）count_if
①内置数据类型
②自定义数据类型
3、常用排序算法
（1）sort
（2）random_shuffle
（3）merge
（4）reverse
4、常用拷贝和替换算法
（1）copy
（2）replace
（3）replace_if
（3）swap
5、常用算术生成算法
（1）accumulate
（2）fill
6、常用集合算法
（1）set_intersection
（2）set_union
（3）set_difference
六、演讲比赛流程管理系统
有待解锁。。。
七、机房预约系统
有待解锁。。。