1 模板

1.1 模板的概念

模板就是建立通用的模具，大大提高复用性

模板的特点：

模板不可以直接使用，它只是一个框架

模板的通用并不是万能的

1.2 函数模板

C++另一种编程思想称为 泛型编程 ，主要利用的技术就是模板

C++提供两种模板机制：函数模板和类模板

1.2.1 函数模板语法

函数模板作用：建立一个通用函数，其函数返回值类型和形参类型可以不具体制定，用一个虚拟的类型来代表。

语法：

template<typename T>
函数声明或定义

解释：

template：声明创建模板

typename：表面其后面的符号是一种数据类型，可以用class代替

T：通用的数据类型，名称可以替换，通常为大写字母

#include<iostream>
using namespace std;
//函数模板
//两个整型交换函数
void swapInt(int &a, int &b) {
  int temp = a;
  a = b;
  b = temp;
}
//交换两个浮点型函数
void swapDouble(double& a, double& b) {
  double temp = a;
  a = b;
  b = temp;
}
//函数模板
template<typename T>  //声明一个模板，告诉编译器后面代码中紧跟着的T不要报错，T是一个通用数据类型
void mySwap(T& a, T& b) {
  T temp = a;
  a = b;
  b = temp;
}
void test01() {
  float a = 10;
  float b = 20;
  //两种方式使用函数模板
  //1、自动类型推导
  mySwap(a, b);
  cout << "a:" << a << endl;
  cout << "b:" << b << endl;
  cout << "\n";
  //2、显示指定类型
  mySwap<float>(a, b);
  cout << "a:" << a << endl;
  cout << "b:" << b << endl;
}
int main() {
  test01();
  system("pause");
  system("cls");
}

总结：

函数模板利用关键字 template

使用函数模板有两种方式：自动类型推导、显示指定类型

模板的目的是为了提高复用性，将类型参数化

1.2.2 函数模板注意事项

注意事项：

自动类型推导，必须推导出一致的数据类型T,才可以使用

模板必须要确定出T的数据类型，才可以使用

#include<iostream>
using namespace std;
//利用模板提供通用的交换函数
template<class T>
void mySwap(T& a, T& b){
  T temp = a;
  a = b;
  b = temp;
}
// 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
void test01(){
  int a = 10;
  int b = 20;
  char c = 'c';
  mySwap(a, b); // 正确，可以推导出一致的T
  //mySwap(a, c); // 错误，推导不出一致的T类型
}
// 2、模板必须要确定出T的数据类型，才可以使用
template<class T>
void func(){
  cout << "func 调用" << endl;
}
void test02(){
  //func(); //错误，模板不能独立使用，必须确定出T的类型
  func<int>(); //利用显示指定类型的方式，给T一个类型，才可以使用该模板
}
int main() {
  test02();
  system("pause");
  return 0;
}

总结：使用模板时必须确定出通用数据类型T，并且能够推导出一致的类型

1.2.3 函数模板案例

案例描述：

利用函数模板封装一个排序的函数，可以对不同数据类型数组进行排序

排序规则从大到小，排序算法为选择排序

分别利用char数组和int数组进行测试

#include<iostream>
using namespace std;
//实现通用 对数组进行排序的函数
//从大到小  选择排序
//测试 char数组、 int数组
//交换函数模板
template<class T>
void mySwap(T& a, T& b) {
  T temp = a;
  a = b;
  b = temp;
}
//排序算法：选择排序，每次选择最大的一个放在前面
template<class T>
void mySort(T arr[], int len) {
  for (int i = 0; i < len; i++) {
    int max = i;      //认定最大值的下标
    for (int j = i + 1; j < len; j++) {
      if (arr[max] < arr[j]) {
        max = j;
      }
    }
    if (max != i) {
      //交换max和i元素
      mySwap(arr[max], arr[i]);
    }
  }
}
//提供打印数组模板
template<class T>
void printArray(T arr[], int len) {
  for (int i = 0; i < len; i++) {
    cout << arr[i] << " ";
  }
  cout << endl;
}
void test01() {
  //测试char数组
  char charArr[] = "badcfe";
  int num = sizeof(charArr) / sizeof(char);
  mySort(charArr, num);
  printArray(charArr, num);
}
void test02() {
  //测试int数组
  int intArr[] = { 7,5,1,3,9,2,4,6,8 };
  int num = sizeof(intArr) / sizeof(int);
  mySort(intArr, num);
  printArray(intArr, num);
}
int main() {
  test01();
  test02();
  system("pause");
  system("cls");
}

f e d c b a
9 8 7 6 5 4 3 2 1
请按任意键继续. . .

1.2.4 普通函数与函数模板的区别

普通函数与函数模板区别：

普通函数调用时可以发生自动类型转换（隐式类型转换）

函数模板调用时，如果利用自动类型推导，不会发生隐式类型转换

如果利用显示指定类型的方式，可以发生隐式类型转换

#include<iostream>
using namespace std;
//普通函数和函数模板的区别
//1、普通函数调用可以发生隐式类型转换
//2、函数模板  用自动类型推导，不可以发生隐式类型转换
//3、函数模板 用显示指定类型，可以发生隐式类型转换
//普通函数
int myAdd01(int a, int b) {
  return a + b;
}
//函数模板
template<class T>
T myAdd02(T a, T b) {
  return a + b;
}
void test01() {
  int a = 10;
  int b = 20;
  char c = 'c'; //99
  //cout << myAdd01(a, b) << endl;
  cout << myAdd01(a, c) << endl;
  //1、自动类型推导   不会发生隐式类型转换
  //cout << myAdd02(a, c) << endl;   //报错，无法推导出一致的T
  //2、显示指定类型   会发生隐式类型转换
  cout << myAdd02<int>(a, c) << endl;
  cout << myAdd02<char>(a, c) << endl;
}
int main() {
  test01();
  system("pause");
  system("cls");
}

109
109
m
请按任意键继续. . .

总结：建议使用显示指定类型的方式，调用函数模板，因为可以自己确定通用类型T

1.2.5 普通函数与函数模板的调用规则

调用规则如下：

如果函数模板和普通函数都可以实现，优先调用普通函数

可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板

函数模板也可以发生重载

如果函数模板可以产生更好的匹配,优先调用函数模板

#include<iostream>
using namespace std;
//普通函数与函数模板的调用规则
//1、如果函数模板和普通函数都可以调用，优先调用普通函数
//2、可以通过空模板参数列表  强制调用  函数模板
//3、函数模板可以发生函数重载
//4、如果函数模板可以产生更好的匹配，优先调用函数模板
void myPrint(int a, int b)
{
  cout << "调用的普通函数" << endl;
}
template<class T>
void myPrint(T a, T b) {
  cout << "调用的模板" << endl;
}
template<class T>
void myPrint(T a, T b, T c) {
  cout << "调用重载的模板" << endl;
}
void test01() {
  int a = 10;
  int b = 20;
  myPrint(a, b);   //调用的普通函数
  //通过空模板参数列表，强制调用函数模板
  myPrint<>(a, b);       //调用模板
  myPrint<>(a, b, 100);  //调用重载的模板
  //如果函数模板可以产生更好的匹配，优先调用函数模板
  char c1 = 'a';
  char c2 = 'b';
  myPrint(c1, c2);   //调用模板
}
int main() {
  test01();
  system("pause");
  system("cls");
}

调用的普通函数
调用的模板
调用重载的模板
调用的模板
请按任意键继续. . .

总结：既然提供了函数模板，最好就不要提供普通函数，否则容易出现二义性

1.2.6 模板的局限性

局限性：模板的通用性并不是万能的

  template<class T>
  void f(T a, T b)
  { 
      a = b;
    }

在上述代码中提供的赋值操作，如果传入的a和b是一个数组，就无法实现了

template<class T>
  void f(T a, T b)
  { 
      if(a > b) { ... }
    }

在上述代码中，如果T的数据类型传入的是像Person这样的自定义数据类型，也无法正常运行

因此C++为了解决这种问题，提供模板的重载，可以为这些特定的类型提供具体化的模板

#include<iostream>
using namespace std;
//模板局限性
//特定数据类型  需要用具体方式做特殊实现
class Person {
public:
  Person(string name, int age) {
    this->m_Name = name;
    this->m_Age = age;
  }
  //姓名
  string m_Name;
  //年龄
  string m_Age;
};
//对比两个数据是否相等函数
template<class T>
bool myCompare(T& a, T& b) {
  if (a == b) {
    return true;
  }
  else {
    return false;
  }
}
//利用具体化Person的版本实现代码，具体化优先调用
template<> bool myCompare(Person& p1, Person& p2) {
  if (p1.m_Name == p2.m_Name && p1.m_Age == p2.m_Age) {
    return true;
  }
  else {
    return false;
  }
}
void test01() {
  int a = 10;
  int b = 20;
  bool ret = myCompare(a, b);
  if (ret) {
    cout << "a == b" << endl;
  }
  else {
    cout << "a != b" << endl;
  }
}
void test02() {
  Person p1("Tom", 10);
  Person p2("Tom", 10);
  bool ret = myCompare(p1, p2);
  if (ret) {
    cout << "p1 == p2" << endl;
  }
  else {
    cout << "p1 != p2" << endl;
  }
}
int main() {
  test01();
  test02();
  system("pause");
  system("cls");
}

总结：

利用具体化的模板，可以解决自定义类型的通用化

学习模板并不是为了写模板，而是在STL能够运用系统提供的模板

1.3 类模板

1.3.1 类模板语法

类模板作用：建立一个通用类，类中的成员数据类型可以不具体制定，用一个虚拟的类型来代表。

语法：

template<typename T>
类

解释：

template：声明创建模板

typename：表面其后面的符号是一种数据类型，可以用class代替

T：通用的数据类型，名称可以替换，通常为大写字母

#include<iostream>
using namespace std;
//类模板
template<class NameType, class AgeType>
class Person {
public:
  Person(NameType name, AgeType age) {
    this->m_Name = name;
    this->m_Age = age;
  }
  void showPerson() {
    cout << "name:" << this->m_Name << endl;
    cout << "age:" << this->m_Age << endl;
  }
  NameType m_Name;
  AgeType m_Age;
};
void test01() {
  Person<string, int> p1("张三", 18);
  cout << p1.m_Name << "," << p1.m_Age << endl;
  p1.showPerson();
}
int main() {
  test01();
  system("pause");
  system("cls");
}

张三,18
name:张三
age:18
请按任意键继续. . .

总结：类模板和函数模板语法相似，在声明模板template后面加类，此类称为类模板

1.3.2 类模板与函数模板区别

类模板与函数模板区别主要有两点：

类模板没有自动类型推导的使用方式

类模板在模板参数列表中可以有默认参数

#include<iostream>
using namespace std;
//类模板和函数模板区别
template<class NameType, class AgeType = int>
class Person {
public:
  Person(NameType name, AgeType age) {
    this->m_Name = name;
    this->m_Age = age;
  }
  void showPerson() {
    cout << "name:" << this->m_Name << endl;
    cout << "age:" << this->m_Age << endl;
  }
  NameType m_Name;
  AgeType m_Age;
};
void test01() {
  //Person p("张三", 18);  //1、类模板没有自动类型推导使用方式
  Person<string, int> p("张三", 18);
  p.showPerson();
}
//2、类模板在模板参数列表中可以有默认参数
void test02() {
  Person<string> p2("李四", 20);   //后一个参数默认整型，  默认参数只有类模板有，函数模板没有
  p2.showPerson();
}
int main() {
  test01();
  test02();
  system("pause");
  system("cls");
}

name:张三
age:18
name:李四
age:20
请按任意键继续. . .

总结：

类模板使用只能用显示指定类型方式

类模板中的模板参数列表可以有默认参数

1.3.3 类模板中成员函数创建时机

类模板中成员函数和普通类中成员函数创建时机是有区别的：

普通类中的成员函数一开始就可以创建

类模板中的成员函数在调用时才创建

#include<iostream>
using namespace std;
//类模板中成员函数创建时机
//类模板中成员函数在调用时才去创建
class Person1 {
public:
  void showPerson1() {
    cout << "Person1 show" << endl;
  }
};
class Person2 {
public:
  void showPerson2() {
    cout << "Person2 show" << endl;
  }
};
template<class T>
class MyClass {
public:
  T obj;
  //类模板中的成员函数
  void func1() {
    obj.showPerson1();
  }
  void func2() {
    obj.showPerson2();
  }
};
void test01() {
  MyClass<Person1> m;
  m.func1();
  //m.func2();    //报错，Person1没有func2()函数
  MyClass<Person2> n;
  n.func2();
}
int main() {
  test01();
  system("pause");
  system("cls");
}

总结：类模板中的成员函数并不是一开始就创建的，在调用时才去创建

1.3.4 类模板对象做函数参数

学习目标：类模板实例化出的对象，向函数传参的方式

一共有三种传入方式：

指定传入的类型：直接显示对象的数据类型

参数模板化：将对象中的参数变为模板进行传递

整个类模板化：将这个对象类型模板化进行传递

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
//类模板对象做函数参数
template<class T1, class T2>
class Person {
public:
  Person(T1 name, T2 age) {
    this->m_Name = name;
    this->m_Age = age;
  }
  void showPerson() {
    cout << "姓名：" << this->m_Name << ", 年龄：" << this->m_Age << endl;
  }
  T1 m_Name;
  T2 m_Age;
};
//1、指定传入类型
void printPerson1(Person<string, int>& p) {
  p.showPerson();
}
void test01() {
  Person<string, int>p("张三", 18);
  printPerson1(p);
}
//2、参数模板化
template<class T1, class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2>& p) {
  p.showPerson();
  cout << "T1的类型为：" << typeid(T1).name() << endl;
  cout << "T2的类型为：" << typeid(T2).name() << endl;
}
void test02() {
  Person<string, int>p("李四", 20);
  printPerson2(p);
}
//3、整个类模板化
template<class T>
void printPerson3(T &p) {
  p.showPerson();
  cout << "T的类型为：" << typeid(T).name() << endl;
}
void test03() {
  Person<string, int>p("王五", 22);
  printPerson3(p);
}
int main() {
  test01();
  cout << "\n";
  test02();
  cout << "\n";
  test03();
  system("pause");
  system("cls");
}

总结：

通过类模板创建的对象，可以有三种方式向函数中进行传参

使用比较广泛是第一种：指定传入的类型

1.3.5 类模板与继承

当类模板碰到继承时，需要注意一下几点：

当子类继承的父类是一个类模板时，子类在声明的时候，要指定出父类中T的类型

如果不指定，编译器无法给子类分配内存

如果想灵活指定出父类中T的类型，子类也需变为类模板

#include<iostream>
using namespace std;
//类模板与继承
template<class T>
class Base {
  T m;
};
class Son :public Base<int> {  
};
void test01() {
  Son s1;
}
//如果想灵活指定父类中T类型，子类也需要变类模板
template<class T1, class T2>
class Son2 :public Base<T2> {
public:
  Son2() {
    cout << "T1的类型为：" << typeid(T1).name() << endl;
    cout << "T2的类型为：" << typeid(T2).name() << endl;
  }
  T1 obj;
};
void test02() {
  Son2<int, char>S2;   //m是char类型， obj是int类型
}
int main() {
  test01();
  test02();
  system("pause");
  return 0;
}

T1的类型为：int
T2的类型为：char
请按任意键继续. . .

总结：如果父类是类模板，子类需要指定出父类中T的数据类型

1.3.6 类模板成员函数类外实现

学习目标：能够掌握类模板中的成员函数类外实现

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
//类模板成员函数类外实现
template<class T1, class T2>
class Person {
public:
  Person(T1 name, T2 age);  //类内写声明   类外实现
  void showPerson();
  T1 m_Name;
  T2 m_Age;
};
//构造函数的类外实现
template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age) {
  this->m_Name = name;
  this->m_Age = age;
}
template<class T1, class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson() {
  cout << "姓名：" << this->m_Name << "  年龄：" << this->m_Age << endl;
}
void test01() {
  Person<string, int> p("张三", 18);
  p.showPerson();
}
int main() {
  test01();
  system("pause");
  return 0;
}

总结：类模板中成员函数类外实现时，需要加上模板参数列表

1.3.7 类模板分文件编写

学习目标：掌握类模板成员函数分文件编写产生的问题以及解决方式

问题：类模板中成员函数创建时机是在调用阶段，导致分文件编写时链接不到

解决：

解决方式1：直接包含.cpp源文件

解决方式2：将声明和实现写到同一个文件中，并更改后缀名为.hpp，hpp是约定的名称，并不是强制

person.hpp

#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
template<class T1, class T2>
class Person {
public:
  Person(T1 name, T2 age);  //类内写声明   类外实现
  void showPerson();
  T1 m_Name;
  T2 m_Age;
};
//构造函数的类外实现
template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age) {
  this->m_Name = name;
  this->m_Age = age;
}
template<class T1, class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson() {
  cout << "姓名：" << this->m_Name << "  年龄：" << this->m_Age << endl;
}

main.cpp

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
//#include"person.cpp"   //第一种解决方式：.h改为.cpp
//第二种解决方式，将.h和.cpp中的内容写到一起，后缀名去.hpp
#include"person.hpp"
//类模板文件编写问题以及解决
void test01() {
  Person<string, int> p("张三", 18);
  p.showPerson();
}
int main() {
  test01();
  system("pause");
  return 0;
}

总结：主流的解决方式是第二种，将类模板成员函数写到一起，并将后缀名改为.hpp

1.3.8 类模板与友元

学习目标：掌握类模板配合友元函数的类内和类外实现

全局函数类内实现：直接在类内声明友元即可

全局函数类外实现：需要提前让编译器知道全局函数的存在

#include<iostream>
using namespace std;
//通过全局函数  打印person信息
template<class T1, class T2>
class Person;
//类外实现
template<class T1, class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2> p) {
  cout << "类外实现-----姓名： " << p.m_Name << "  年龄：" << p.m_Age << endl;
}
template<class T1, class T2>
class Person {
  //全局函数  类内实现
  friend void printPerson(Person<T1,T2> p) {
    cout << "姓名： " << p.m_Name << "  年龄：" << p.m_Age << endl;
  }
  //全局函数  类外实现
  //加空模板参数列表
  friend void printPerson2<>(Person<T1, T2> p);
public:
  Person(T1 name, T2 age) {
    this->m_Name = name;
    this->m_Age = age;
  }
private:
  T1 m_Name;
  T2 m_Age;
};
//1、全局函数在类内实现
void test01() {
  Person<string, int>p("张三", 18);
  printPerson(p);
}
void test02() {
  Person<string, int>p("李四", 20);
  printPerson2(p);
}
int main() {
  test01();
  test02();
  system("pause");
  return 0;
}

总结：建议全局函数做类内实现，用法简单，而且编译器可以直接识别

1.3.9 类模板案例

案例描述: 实现一个通用的数组类，要求如下：

可以对内置数据类型以及自定义数据类型的数据进行存储

将数组中的数据存储到堆区

构造函数中可以传入数组的容量

提供对应的拷贝构造函数以及operator=防止浅拷贝问题

提供尾插法和尾删法对数组中的数据进行增加和删除

可以通过下标的方式访问数组中的元素

可以获取数组中当前元素个数和数组的容量

MyArray.hpp

#pragma once
//自己的通用的数组类
#include<iostream>
using namespace std;
template<class T>
class MyArray {
public:
  //有参构造  参数   容量
  MyArray(int capacity) {
    cout << "MyArray的有参构造调用" << endl;
    this->m_Capacity = capacity;
    this->m_Size = 0;
    this->pAddress = new T[this->m_Capacity];
  }
  //拷贝构造
  MyArray(const MyArray& arr) {
    cout << "MyArray的拷贝构造调用" << endl;
    this->m_Capacity = arr.m_Capacity;
    this->m_Size = arr.m_Size;
    //this->pAddress = arr.pAddress;
    //深拷贝
    this->pAddress = new T[arr.m_Capacity];
    //将arr中的数据都拷贝过来   如果有数据的话
    for (int i = 0; i < this->m_Size; i++) {
      this->pAddress[i] = arr.pAddress[i];
    }
  }
  //operator= 防止浅拷贝问题
  MyArray& operator=(const MyArray& arr) {
    cout << "MyArray的operator=调用" << endl;
    //先判断原来堆区是否有数据  如果有先释放
    if (this->pAddress != NULL) {
      delete[] this->pAddress;
      this->pAddress = NULL;
      this->m_Capacity = 0;
      this->m_Size = 0;
    }
    //深拷贝
    this->m_Capacity = arr.m_Capacity;
    this->m_Size = arr.m_Size;
    this->pAddress = new T[arr.m_Capacity];
    for (int i = 0; i < this->m_Size; i++) {
      this->pAddress[i] = arr.pAddress[i];
    }
    return *this;
  }
  //尾插法
  void Push_Back(const T& val) {
    //判断容量是否等于大小
    if (this->m_Capacity == this->m_Size) {
      return;
    }
    this->pAddress[this->m_Size] = val;   //在数组末尾插入数据
    this->m_Size++;  //更新数组大小
  }
  //尾删法
  void Pop_Back() {
    //让用户访问不到最后一个元素，即为尾删，逻辑删除
    if (this->m_Size == 0) {
      return;
    }
    this->m_Size--;
  }
  //通过下标方式访问数组中的元素
  T& operator[](int index) {
    return this->pAddress[index];
  }
  //返回数组容量
  int  getCapacity() {
    return this->m_Capacity;
  }
  //返回数组大小
  int getSize() {
    return this->m_Size;
  }
  //析构函数
  ~MyArray() {
    if (this->pAddress != NULL) {
      cout << "MyArray的析构函数调用" << endl;
      delete[] this->pAddress;
      this->pAddress = NULL;
    }
  }
private:
  T* pAddress;      //指针指向堆区开辟的真实数组
  int m_Capacity;   //数组容量
  int m_Size;      //数组大小
};

main.cpp

#include<iostream>
using namespace std;
#include"MyArray.hpp"
void printIntArray(MyArray<int>& arr) {
  for (int i = 0; i < arr.getSize(); i++) {
    cout << arr[i] << endl;
  }
}
//1、全局函数在类内实现
void test01() {
  MyArray<int>arr1(5);
  //MyArray<int>arr2(arr1);
  //MyArray<int>arr3(100);
  //arr3 = arr1;
  for (int i = 0; i < 5; i++) {
    //利用尾插法向数组中插入数据
    arr1.Push_Back(i);
  }
  cout << "arr1的打印输出为：" << endl;
  printIntArray(arr1);
  cout << "arr1的容量为：" << arr1.getCapacity() << endl;
  cout << "arr1的大小为：" << arr1.getSize() << "\n" << endl;
  MyArray<int>arr2(arr1);
  cout << "arr2的打印输出为：" << endl;
  printIntArray(arr2);
  cout << "\n";
  //尾删
  arr2.Pop_Back();
  cout << "arr2尾删后：" << endl;
  cout << "arr2的容量为：" << arr2.getCapacity() << endl;
  cout << "arr2的大小为：" << arr2.getSize() << endl;
}
//测试自定义数据类型
class Person {
public:
  Person() {};
  Person(string name, int age) {
    this->m_Name = name;
    this->m_Age = age;
  }
  string m_Name;
  int m_Age;
};
void printPersonArray(MyArray<Person>& arr) {
  for (int i = 0; i < arr.getSize(); i++) {
    cout << "姓名：" << arr[i].m_Name << "  年龄：" << arr[i].m_Age << endl;
  }
}
void test02() {
  MyArray<Person> arr(10);
  Person p1("张三", 18);
  Person p2("李四", 20);
  Person p3("王五", 22);
  Person p4("赵六", 24);
  Person p5("田其", 26);
  //将数据插入到数组中
  arr.Push_Back(p1);
  arr.Push_Back(p2);
  arr.Push_Back(p3);
  arr.Push_Back(p4);
  arr.Push_Back(p5);
  //打印数组
  printPersonArray(arr);
  //输出容量
  cout << "arr的容量为：" << arr.getCapacity() << endl;
  //输出大小
  cout << "arr大小为：" << arr.getSize() << endl;
}
int main() {
  //test01();
  test02();
  system("pause");
  return 0;
}

2 STL初识

2.1 STL的诞生

长久以来，软件界一直希望建立一种可重复利用的东西

C++的面向对象和泛型编程思想，目的就是复用性的提升

大多情况下，数据结构和算法都未能有一套标准,导致被迫从事大量重复工作

为了建立数据结构和算法的一套标准,诞生了STL

2.2 STL基本概念

STL(Standard Template Library，标准模板库)

STL 从广义上分为: 容器(container) 、算法(algorithm) 、迭代器(iterator)

容器和算法之间通过迭代器进行无缝连接。

STL 几乎所有的代码都采用了模板类或者模板函数

2.3 STL六大组件

STL大体分为六大组件，分别是：容器、算法、迭代器、仿函数、适配器（配接器）、空间配置器

容器：各种数据结构，如vector、list、deque、set、map等,用来存放数据。

算法：各种常用的算法，如sort、find、copy、for_each等

迭代器：扮演了容器与算法之间的胶合剂。

仿函数：行为类似函数，可作为算法的某种策略。

适配器：一种用来修饰容器或者仿函数或迭代器接口的东西。

空间配置器：负责空间的配置与管理

2.4 STL中容器、算法、迭代器

容器：置物之所也

STL容器就是将运用最广泛的一些数据结构实现出来

常用的数据结构：数组, 链表,树, 栈, 队列, 集合, 映射表等

这些容器分为序列式容器和关联式容器两种:

序列式容器：强调值的排序，序列式容器中的每个元素均有固定的位置。

关联式容器：二叉树结构，各元素之间没有严格的物理上的顺序关系

算法：问题之解法也

有限的步骤，解决逻辑或数学上的问题，这一门学科我们叫做算法(Algorithms)

算法分为：质变算法和非质变算法。

质变算法：是指运算过程中会更改区间内的元素的内容。例如拷贝，替换，删除等等

非质变算法：是指运算过程中不会更改区间内的元素内容，例如查找、计数、遍历、寻找极值等等

迭代器：容器和算法之间粘合剂

提供一种方法，使之能够依序寻访某个容器所含的各个元素，而又无需暴露该容器的内部表示方式。

每个容器都有自己专属的迭代器

迭代器使用非常类似于指针，初学阶段我们可以先理解迭代器为指针

迭代器种类：

常用的容器中迭代器种类为双向迭代器，和随机访问迭代器

2.5 容器算法迭代器初识

了解STL中容器、算法、迭代器概念之后，我们利用代码感受STL的魅力

STL中最常用的容器为Vector，可以理解为数组，下面我们将学习如何向这个容器中插入数据、并遍历这个容器

2.5.1 vector存放内置数据类型

容器： vector

算法： for_each

迭代器： vector<int>::iterator

#include<iostream>
using namespace std;
#include<vector>
#include<algorithm>  //标准算法头文件
void myPrint(int val) {
  cout << val << endl;
}
//vector容器存放内置数据类型
void test01() {
  //创建了一个vector容器，数组
  vector<int> v;
  //向容器中插入数据
  v.push_back(10);
  v.push_back(20);
  v.push_back(30);
  v.push_back(40);
  //通过迭代器访问容器中的数据
  vector<int>::iterator itBegin = v.begin();   //起始迭代器 指向容器中第一个元素
  vector<int>::iterator itEnd = v.end();   //结束迭代器  指向容器中最后一个元素的下一个位置
  //第一种遍历方式
  while (itBegin != itEnd) {
    cout << *itBegin << endl;
    itBegin++;
  }
  cout << "\n";
  //第二种遍历方式
  for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
    cout << *it << endl;
  }
  cout << "\n";
  //第三种遍历方式  利用STL提供遍历算法
  for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);
}
int main() {
  test01();
  system("pause");
  return 0;
}

2.5.2 Vector存放自定义数据类型

学习目标：vector中存放自定义数据类型，并打印输出

#include<iostream>
using namespace std;
#include<vector>
//vector容器中存放自定义数据类型
class Person {
public:
  Person(string name, int age) {
    this->m_Name = name;
    this->m_Age = age;
  }
  string m_Name;
  int m_Age;
};
void test01() {
  vector<Person> v;
  Person p1("aaa", 10);
  Person p2("bbb", 20);
  Person p3("ccc", 30);
  Person p4("ddd", 40);
  Person p5("eee", 50);
  //向容器中添加数据
  v.push_back(p1);
  v.push_back(p2);
  v.push_back(p3);
  v.push_back(p4);
  v.push_back(p5);
  //遍历容器中的数据
  for (vector<Person>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
    cout << "姓名：" << (*it).m_Name << "  年龄：" << (*it).m_Age << endl;
    //cout << "姓名：" << it->m_Name << "  年龄：" << it->m_Age << endl;   //一样可以
  }
}
//存放自定义数据类型  指针
void test02() {
  vector<Person*> v;
  Person p1("aaa", 10);
  Person p2("bbb", 20);
  Person p3("ccc", 30);
  Person p4("ddd", 40);
  Person p5("eee", 50);
  //向容器中添加数据
  v.push_back(&p1);
  v.push_back(&p2);
  v.push_back(&p3);
  v.push_back(&p4);
  v.push_back(&p5);
  //遍历容器
  for (vector<Person*>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
    cout << "姓名：" << (*it)->m_Name << "  年龄：" << (*it)->m_Age << endl;
  }
}
int main() {
  test02();
  system("pause");
  return 0;
}

2.5.3 Vector容器嵌套容器

学习目标：容器中嵌套容器，我们将所有数据进行遍历输出

#include<iostream>
using namespace std;
#include <vector>
//容器嵌套容器
void test01() {
  vector< vector<int> >  v;
  vector<int> v1;
  vector<int> v2;
  vector<int> v3;
  vector<int> v4;
  for (int i = 0; i < 4; i++) {
    v1.push_back(i + 1);
    v2.push_back(i + 2);
    v3.push_back(i + 3);
    v4.push_back(i + 4);
  }
  //将容器元素插入到vector v中
  v.push_back(v1);
  v.push_back(v2);
  v.push_back(v3);
  v.push_back(v4);
  for (vector<vector<int>>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
    for (vector<int>::iterator vit = (*it).begin(); vit != (*it).end(); vit++) {
      cout << *vit << " ";
    }
    cout << endl;
  }
}
int main() {
  test01();
  system("pause");
  return 0;
}

1 2 3 4
2 3 4 5
3 4 5 6
4 5 6 7
请按任意键继续. . .

3 STL常用容器

3.1 string容器

3.1.1 string基本概念

本质：string是C++风格的字符串，而string本质上是一个类

string和char * 区别：

char * 是一个指针

string是一个类，类内部封装了char*，管理这个字符串，是一个char*型的容器。

特点：string 类内部封装了很多成员方法

例如：查找find，拷贝copy，删除delete 替换replace，插入insert

string管理char*所分配的内存，不用担心复制越界和取值越界等，由类内部进行负责

3.1.2 string构造函数

构造函数原型：

string(); //创建一个空的字符串例如: string str;

string(const char* s); //使用字符串s初始化

string(const string& str); //使用一个string对象初始化另一个string对象

string(int n, char c); //使用n个字符c初始化

#include<iostream>
using namespace std;
#include<iostream>
//string的构造函数
void test01() {
  string s1;   //默认构造
  //第二种
  const char* str = "hello world";
  string s2(str);
  cout << "s2 = " << s2 << endl;
  //第三种
  string s3(s2);
  cout << "s3 = " << s3 << endl;
  //第四种
  string s4(10, 'c');
  cout << "s4 = " << s4 << endl;
}
int main() {
  test01();
  system("pause");
  return 0;
}

s2 = hello world
s3 = hello world
s4 = cccccccccc
请按任意键继续. . .

总结：string的多种构造方式没有可比性，灵活使用即可

3.1.3 string赋值操作

功能描述：给string字符串进行赋值

赋值的函数原型：

string& operator=(const char* s); //char*类型字符串赋值给当前的字符串

string& operator=(const string &s); //把字符串s赋给当前的字符串

string& operator=(char c); //字符赋值给当前的字符串

string& assign(const char *s); //把字符串s赋给当前的字符串

string& assign(const char *s, int n); //把字符串s的前n个字符赋给当前的字符串

string& assign(const string &s); //把字符串s赋给当前字符串

string& assign(int n, char c); //用n个字符c赋给当前字符串

#include<iostream>
using namespace std;
#include<iostream>
//string的赋值操作
void test01() {
  string str1;
  str1 = "hello world";
  //第二种
  string str2;
  str2 = str1;
  //第三种，字符赋值给字符串
  string str3;
  str3 = 'a';
  cout << "str3 = " << str3 << endl;
  //第四种
  string str4;
  str4.assign("hello C++");
  cout << "str4 = " << str4 << endl;
  //第五种
  string str5;
  str5.assign("hello C++", 3);   //赋值前三个字符
  cout << "str5 = " << str5 << endl;
  //第六种
  string str6;
  str6.assign(str5);
  cout << "str6 = " << str6 << endl;
  //第七种
  string str7;
  str7.assign(5, 'a');
  cout << "str7 = " << str7 << endl;
}
int main() {
  test01();
  system("pause");
  return 0;
}

str3 = a
str4 = hello C++
str5 = hel
str6 = hel
str7 = aaaaa
请按任意键继续. . .

总结： string的赋值方式很多，operator= 这种方式是比较实用的

3.1.4 string字符串拼接

功能描述：实现在字符串末尾拼接字符串

函数原型：

string& operator+=(const char* str); //重载+=操作符

string& operator+=(const char c); //重载+=操作符

string& operator+=(const string& str); //重载+=操作符

string& append(const char *s); //把字符串s连接到当前字符串结尾

string& append(const char *s, int n); //把字符串s的前n个字符连接到当前字符串结尾

string& append(const char *s); //把字符串s连接到当前字符串结尾

string& append(const char *s, int n); //把字符串s的前n个字符连接到当前字符串结尾

#include<iostream>
using namespace std;
#include<iostream>
//string字符串拼接
void test01() {
  string str1 = "我";
  str1 += "爱玩游戏";
  cout << "str1 = " << str1 << endl;
  //第二种， 追加一个字符
  str1 += ':';
  cout << "str1 = " << str1 << endl;
  //第三种   拼接一个字符串
  string str2 = "LOL";
  str1 += str2;
  cout << "str1 = " << str1 << endl;
  //第四种
  string str3 = "I";
  str3.append(" love ");
  cout << "str3 = " << str3 << endl;
  //第五种
  str3.append("game abcde", 5);  //前四个字符
  cout << "str3 = " << str3 << endl;
  //第六种
  str3.append(str2);
  cout << "str3 = " << str3 << endl;
  //第七种
  str3.append(str2, 1,2);  //追加str2的两个字符，从索引1开始的两个字符
  cout << "str3 = " << str3 << endl;
}
int main() {
  test01();
  system("pause");
  return 0;
}

str1 = 我爱玩游戏
str1 = 我爱玩游戏:
str1 = 我爱玩游戏:LOL
str3 = I love
str3 = I love game
str3 = I love game LOL
str3 = I love game LOLOL
请按任意键继续. . .

3.1.5 string查找和替换

功能描述：

查找：查找指定字符串是否存在

替换：在指定的位置替换字符串

函数原型：

int find(const string& str, int pos = 0) const; //查找str第一次出现位置,从pos开始查找

int find(const char* s, int pos = 0) const; //查找s第一次出现位置,从pos开始查找

int find(const char* s, int pos, int n) const; //从pos位置查找s的前n个字符第一次位置

int find(const char c, int pos = 0) const; //查找字符c第一次出现位置

int rfind(const string& str, int pos = npos) const; //查找str最后一次位置,从pos开始查找

int rfind(const char* s, int pos = npos) const; //查找s最后一次出现位置,从pos开始查找

int rfind(const char* s, int pos, int n) const; //从pos查找s的前n个字符最后一次位置

int rfind(const char c, int pos = 0) const; //查找字符c最后一次出现位置

string& replace(int pos, int n, const string& str); //替换从pos开始n个字符为字符串str

string& replace(int pos, int n,const char* s); //替换从pos开始的n个字符为字符串s

#include<iostream>
using namespace std;
#include<iostream>
//string的查找和替换
//1、查找
void test01() {
  string str1 = "abcdefgde";
  int index1 = str1.find("de");
  cout << "index1 = " << index1 << endl;
  int index2 = str1.find("ad");    //-1
  if (index2 == -1) {
    cout << "未找到字符串!" << endl;
  }
  //rfind
  int pos = str1.rfind("de");   //从左往右找
  cout << "pos = " << pos << endl;
}
//2、替换
void test02() {
  string str1 = "abcdefg";
  str1.replace(1, 3, "1111");   //从索引1开始替换3个字符
  cout << "str1 = " << str1 << endl;
}
int main() {
  test01();
  cout << "\n";
  test02();
  system("pause");
  return 0;
}

index1 = 3
未找到字符串!
pos = 7
str1 = a1111efg
请按任意键继续. . .

总结：

find查找是从左往后，rfind从右往左

find找到字符串后返回查找的第一个字符位置，找不到返回-1

replace在替换时，要指定从哪个位置起，多少个字符，替换成什么样的字符串

3.1.6 string字符串比较

功能描述：字符串之间的比较

比较方式：字符串比较是按字符的ASCII码进行对比

= 返回 0
> 返回 1
< 返回 -1

函数原型：

int compare(const string &s) const; //与字符串s比较

int compare(const char *s) const; //与字符串s比较

#include<iostream>
using namespace std;
#include<iostream>
//string的比较
void test01() {
  string str1 = "hello";
  string str2 = "hello";
  if (str1.compare(str2) == 0) {
    cout << "str1 == str2" << endl;
  }
  string str3 = "hella";
  int i = str1.compare(str3);  //str1 大于 str3
  cout << "i = " << i << endl;
}
int main() {
  test01();
  system("pause");
  return 0;
}

str1 == str2
i = 1
请按任意键继续. . .

总结：字符串对比主要是用于比较两个字符串是否相等，判断谁大谁小的意义并不是很大

3.1.7 string字符存取

string中单个字符存取方式有两种

char& operator[](int n); //通过[]方式取字符

char& at(int n); //通过at方法获取字符

#include<iostream>
using namespace std;
#include<iostream>
//string字符存取
void test01() {
  string str = "hello";
  cout << "str = " << str << endl;
  //1、通过[]访问单个字符
  for (int i = 0; i < str.size(); i++) {
    cout << str[i] << " ";
  }
  cout << endl;
  //2、通过at方式访问单个字符
  for (int i = 0; i < str.size(); i++) {
    cout << str.at(i) << " ";
  }
  cout << endl;
  //修改单个字符
  str[0] = 'x';
  cout << "str = " << str << endl;
  str.at(1) = 'x';
  cout << "str = " << str << endl;
}
int main() {
  test01();
  system("pause");
  return 0;
}

str = hello
h e l l o
h e l l o
str = xello
str = xxllo
请按任意键继续. . .

总结：string字符串中单个字符存取有两种方式，利用 [ ] 或 at

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（黑马）C++提高编程笔记（上）

1 模板

1.1 模板的概念

1.2 函数模板

1.2.1 函数模板语法

1.2.2 函数模板注意事项

1.2.3 函数模板案例

1.2.4 普通函数与函数模板的区别

1.2.5 普通函数与函数模板的调用规则

1.2.6 模板的局限性

1.3 类模板

1.3.1 类模板语法

1.3.2 类模板与函数模板区别

1.3.3 类模板中成员函数创建时机

1.3.4 类模板对象做函数参数

1.3.5 类模板与继承

1.3.6 类模板成员函数类外实现

1.3.7 类模板分文件编写

1.3.8 类模板与友元

1.3.9 类模板案例

2 STL初识

2.1 STL的诞生

2.2 STL基本概念

2.3 STL六大组件

2.4 STL中容器、算法、迭代器

2.5 容器算法迭代器初识

2.5.1 vector存放内置数据类型

2.5.2 Vector存放自定义数据类型

2.5.3 Vector容器嵌套容器

3 STL常用容器

3.1 string容器

3.1.1 string基本概念

3.1.2 string构造函数

3.1.3 string赋值操作

3.1.4 string字符串拼接

3.1.5 string查找和替换

3.1.6 string字符串比较

3.1.7 string字符存取

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