C++中的数据类模板

1，预备知识：

    1，模板参数可以是数值型参数（非类型参数）：

       1，代码示例：

template <typename T, int N> 
void func()
{
    T a[N];  // 使用模板参数定义局部数组；
}
           
func<double, 10>();  // 使用模板时，数值型参数必须是常量，不能是变量；

    2，数值型模板参数的限制：

       1，变量不能作为模板参数；

           1，是变量的话就不满足准确确定的这个本质；

       2，浮点数不能作为模板参数；

           1，浮点数本身不精确；

       3，类对象不能作为模板参数；

           1，类对象编译时不能唯一确定的，同变量一样；

    3，数值型参数本质：模板参数是在编译阶段被处理的单元，因此，在编译阶段必须准确无误的唯一确定；

          

2，有趣的面试题：

    1，用你觉得最高效的方法求 1 + 2 + 3 + ... + N 的值；

       1，等差数列和的方式；

       2，见下面实例；

   

3，数值型模板参数编程实验：

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

/* 验证上面的预备知识 */
template
< typename T, int N >  // 这里用成 double 后，编译器显示：error: 'double' is not a valid type for a template constant parameter
void func()
{
    T a[N] = {0};
    
    for(int i=0; i<N; i++)
    {
        a[i] = i;
    }
    
    for(int i=0; i<N; i++)
    {
        cout << a[i] << endl;
    }
}

/* 用最高效的方法验证从 1 加到 n 的和；不用循环和等差数列求和公式 */
template
< int N >
class Sum
{
public:
    // static const int VALUE = 0;  // static 后是想定义常量，被 static 修饰后要么放入符号表、要么放到全局数据区； 这个时候 VALUE 已经确定了值，所以直接进入符号表（符号表存储在哪里呢）；又因为 VALUE 被 static 修饰了，所以 VALUE 被放入全局数据区；
    static const int VALUE = Sum<N-1>::VALUE + N;  // 递归定义
};

/* 定义上述模板类的特化实现，实现递归出口 */
template
< >
class Sum < 1 >
{
public:
    static const int VALUE = 1;
};

int main()
{
    func<int, 10>();  // 打印 0 到 9 这十个数字；这里如果模板参数类型为 double，编译器显示：error: no matching function for call to 'func()'；
    
    int a = 10;
    func<int, a>();  // 在这一行编译器显示：
       // error: 'a' cannot appear in a constant-expression
       // error: no matching function for call to 'func()'
                     
    cout << "1 + 2 + 3 + ... + 10 = " << Sum<10>::VALUE << endl;  // 55；这里没有加减乘除法，也没有函数调用和循环，这里VALUE 是常量，并在编译的时候已经确定，这里效率是最高的；
    cout << "1 + 2 + 3 + ... + 100 = " << Sum<100>::VALUE << endl;   // 5050
    
    return 0;
}    

    1，这里的相加求和是在编译器编译程序的时候完成的，编译完程序后，要求的和的值已经确定，在运行的时候，就直接可以访问这个值，不需要做任何的运算和循环，因此效率最高；

    2，这个最高效的求和依赖了模板技术、模板特化技术、数值型模板参数技术；

    3，可以举一反三，得到更多高效的程序写法；

   

4，数组模板类编程实验：

    1，Array.h 文件：

#ifndef _ARRAY_H_  // 防止多次包含头文件；
#define _ARRAY_H_

template
< typename T, int N >  // 数组元素的类型和大小；
class Array
{
    T m_array[N];  // 定义一个实际的数组；
public:
    int length();
    bool set(int index, T value);
    bool get(int index, T& value);
    T& operator[] (int index);
    T operator[] (int index) const;  // 数组类对象有可能是 const 对象，这个时候就只能调用 const 函数，所以要定义这个；const 函数只能返回值，不能返回引用；
    virtual ~Array();  // 有可能被继承
};

/* 模板类要放在一个文件中，所以实现在下面实现 */

template
< typename T, int N >
int Array<T, N>::length()
{
    return N;
}

template
< typename T, int N >
bool Array<T, N>::set(int index, T value)
{
    bool ret = (0 <= index) && (index < N);
    
    if( ret )
    {
        m_array[index] = value;
    }
    
    return ret;
}

template
< typename T, int N >
bool Array<T, N>::get(int index, T& value)
{
    bool ret = (0 <= index) && (index < N);
    
    if( ret )
    {
        value = m_array[index];
    }
    
    return ret;
}

template
< typename T, int N >
T& Array<T, N>::operator[] (int index)
{
    return m_array[index];
}

template
< typename T, int N >
T Array<T, N>::operator[] (int index) const
{
    return m_array[index];
}

template
< typename T, int N >
Array<T, N>::~Array()
{

}

#endif

    2，应用：

#include <iostream>
#include <string>
#include "Array.h"

using namespace std;

int main()
{
    Array<double, 5> ad;
    
    for(int i=0; i<ad.length(); i++)
    {
        ad[i] = i * i;
    }
    
    for(int i=0; i<ad.length(); i++)
    {
        cout << ad[i] << endl;
    }
    
    return 0;
}

   

5，堆数组模板类编程实验：

　1，HeapArray.h 文件：

#ifndef _HEAPARRAY_H_
#define _HEAPARRAY_H_

template
< typename T >
class HeapArray
{
private:
    int m_length;
    T* m_pointer;
    
    HeapArray(int len);
    HeapArray(const HeapArray<T>& obj);
    bool construct();
public:
    static HeapArray<T>* NewInstance(int length); 
    int length();
    bool get(int index, T& value);
    bool set(int index ,T value);
    T& operator [] (int index);
    T operator [] (int index) const;  // 有可能有 const 对象；
    HeapArray<T>& self();
    ~HeapArray();  // 这个时候构造函数是 private 的，也就是 HeapArray 类不希望被继承，所以说没有必要将它声明为 virtual 的；
};

/* 实现要在同一个文件中 */

template
< typename T >
HeapArray<T>::HeapArray(int len)
{
    m_length = len;
}

template
< typename T >
bool HeapArray<T>::construct()
{   
    m_pointer = new T[m_length];
    
    return m_pointer != NULL;
}

template
< typename T >
HeapArray<T>* HeapArray<T>::NewInstance(int length) 
{
    HeapArray<T>* ret = new HeapArray<T>(length);
    
    if( !(ret && ret->construct()) ) 
    {
        delete ret;
        ret = 0;
    }
        
    return ret;
}

template
< typename T >
int HeapArray<T>::length()
{
    return m_length;
}

template
< typename T >
bool HeapArray<T>::get(int index, T& value)
{
    bool ret = (0 <= index) && (index < length());
    
    if( ret )
    {
        value = m_pointer[index];
    }
    
    return ret;
}

template
< typename T >
bool HeapArray<T>::set(int index, T value)
{
    bool ret = (0 <= index) && (index < length());
    
    if( ret )
    {
        m_pointer[index] = value;
    }
    
    return ret;
}

template
< typename T >
T& HeapArray<T>::operator [] (int index)
{
    return m_pointer[index];
}

template
< typename T >
T HeapArray<T>::operator [] (int index) const
{
    return m_pointer[index];
}

template
< typename T >
HeapArray<T>& HeapArray<T>::self()
{
    return *this;
}

template
< typename T >
HeapArray<T>::~HeapArray()
{
    delete[]m_pointer;
}

#endif

    2，应用：

#include <iostream>
#include <string>
#include "HeapArray.h"

using namespace std;

int main()
{   
    HeapArray<char>* pai = HeapArray<char>::NewInstance(10);
    
    if( pai != NULL )
    {
        HeapArray<char>& ai = pai->self();
        
        for(int i=0; i<ai.length(); i++)
        {
            ai[i] = i + 'a';
        }
        
        for(int i=0; i<ai.length(); i++)
        {
            cout << ai[i] << endl;
        }
    }
    
    delete pai;
    
    return 0;
}

   

6，小结：

    1，模板参数可以是数值型参数；

    2，数值型模板参数必须在编译期间唯一确定；

    3，数组类模板是基于数值型模板参数实现的；

    4，数组类模板是简易的线性表数据结构；