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在本地搭建多个网站,老牌网站建,网站怎么添加手机版,深圳网站制作公司价位文章目录 第2章 类模板 Stack 的实现2.1 类模板 Stack 的实现 (Implementation of Class Template Stack)2.1.1 声明类模板 (Declaration of Class Templates)2.1.2 成员函数实现 (Implementation of Member Functions) 2.2 使用类模板 Stack脚注改进后的叙述总结脚注2.3 类模板… 文章目录 第2章 类模板 Stack 的实现2.1 类模板 Stack 的实现 (Implementation of Class Template Stack)2.1.1 声明类模板 (Declaration of Class Templates)2.1.2 成员函数实现 (Implementation of Member Functions) 2.2 使用类模板 Stack脚注改进后的叙述总结脚注2.3 类模板的局部使用 (Partial Usage of Class Templates)2.3.1 Concepts 参考附件E关于更多的有关C Concept的讨论改进后的叙述总结2.3 类模板的局部使用2.3.1 Concepts 2.4 友元 (Friends)选项1隐式地定义一个新的函数模板选项2前向声明 StackT 的输出操作为模板 改进后的叙述总结2.4 友元 (Friends)选项1隐式定义新的函数模板选项2前向声明输出操作符为模板 脚注 第2章 类模板 Stack 的实现 2.1 类模板 Stack 的实现 (Implementation of Class Template Stack) 正如函数模板类模板可以在一个头文件中声明和定义。以下是一个简单的 Stack 类模板的实现示例 // basics/stack1.hpp#include vector #include casserttemplate typename T class Stack { private:std::vectorT elems; // 元素存储在向量中public:void push(T const elem); // 压入元素void pop(); // 弹出元素T const top() const; // 返回栈顶元素bool empty() const { // 检查栈是否为空return elems.empty();} };template typename T void StackT::push(T const elem) {elems.push_back(elem); // 将元素添加到向量末尾 }template typename T void StackT::pop() {assert(!elems.empty());elems.pop_back(); // 移除向量中的最后一个元素 }template typename T T const StackT::top() const {assert(!elems.empty());return elems.back(); // 返回向量中的最后一个元素 }该类模板使用C标准库中的 std::vector 来管理元素从而避免了手动处理内存管理和拷贝控制等复杂问题使我们可以专注于类模板接口的设计。 2.1.1 声明类模板 (Declaration of Class Templates) 声明类模板与声明函数模板类似在声明之前必须声明一个或多个类型参数的标识符。常见的标识符是 T template typename T class Stack {… };关键字 typename 也可以用 class 替代 template class T class Stack {… };在类模板中T 可以像其他任何类型一样用于声明成员变量和成员函数。在这个例子中T 被用于声明一个 std::vectorT 成员变量 elems并在成员函数 push() 中作为参数类型在 top() 函数中作为返回类型。 template typename T class Stack { private:std::vectorT elems; // 元素public:void push(T const elem); // 压入元素void pop(); // 弹出元素T const top() const; // 返回栈顶元素bool empty() const { // 检查栈是否为空return elems.empty();} };在类模板内部直接使用类名如 Stack表示带有当前模板参数的类。例如如果需要声明构造函数和赋值运算符通常会这样写 template typename T class Stack {…Stack(Stack const); // 拷贝构造函数Stack operator(Stack const); // 赋值运算符 };这与显式指定模板参数的形式等价 template typename T class Stack {…Stack(StackT const); // 拷贝构造函数StackT operator(StackT const); // 赋值运算符 };但在类模板内部第一种形式更为简洁且常用。 然而在类模板外部定义成员函数时必须明确指定模板参数 template typename T bool operator(StackT const lhs, StackT const rhs);在需要类名而不是具体类型的地方可以直接使用 Stack。特别是在构造函数和析构函数名称的情况下。 与非模板类不同类模板不能在函数内部或块作用域内声明。它们通常只能定义在全局作用域、命名空间作用域或类声明内。 2.1.2 成员函数实现 (Implementation of Member Functions) 定义类模板的成员函数时必须指定这是一个模板并且必须使用类模板的完整类型限定。例如Stack 类的 push() 成员函数的实现如下 template typename T void StackT::push(T const elem) {elems.push_back(elem); // 将元素添加到向量末尾 }在这种情况下elems 是一个 std::vectorT 对象push_back() 方法将元素添加到向量的末尾。 需要注意的是std::vector 的 pop_back() 方法移除最后一个元素但不返回它这是为了保证异常安全性。完全异常安全的 pop() 版本无法同时返回被移除的元素。然而如果我们忽略这一限制可以实现一个返回被移除元素的 pop() 函数 template typename T T StackT::pop() {assert(!elems.empty());T elem elems.back(); // 保存最后一个元素elems.pop_back(); // 移除最后一个元素return elem; // 返回保存的元素 }由于 back() 和 pop_back() 在空向量上调用会导致未定义行为因此需要检查栈是否为空。如果为空则触发断言因为在空栈上调用 pop() 是错误的。同样的检查也适用于 top() 函数它返回栈顶元素但不移除它 template typename T T const StackT::top() const {assert(!elems.empty());return elems.back(); // 返回最后一个元素 }当然对于任何成员函数也可以在类声明中以内联方式实现 template typename T class Stack {…void push(T const elem) {elems.push_back(elem); // 将元素添加到向量末尾} };通过这种方式我们可以在类声明中直接实现简单的成员函数从而使代码更加紧凑和易读。 2.2 使用类模板 Stack 在C17之前使用类模板时必须显式指定模板实参。以下是一个展示如何使用 Stack 类模板的示例 // basics/stack1test.cpp#include stack1.hpp #include iostream #include stringint main() {// 创建一个 int 类型的栈Stackint intStack;// 创建一个 std::string 类型的栈Stackstd::string stringStack;// 操作 int 类型的栈intStack.push(7);std::cout intStack.top() \n; // 输出: 7// 操作 std::string 类型的栈stringStack.push(hello);std::cout stringStack.top() \n; // 输出: hellostringStack.pop(); }通过声明 Stackint我们将 int 类型作为类模板中 T 的类型参数。因此intStack 是一个使用 std::vectorint 存储元素的对象。任何被调用的成员函数将根据该类型进行实例化。 类似地通过声明 Stackstd::string我们创建了一个使用 std::vectorstd::string 存储元素的对象。任何被调用的成员函数也将根据该类型进行实例化。 关键点 实例化时机只有当成员函数被实际调用时它们才会被实例化。这不仅节省了编译时间和空间还允许类模板的部分使用。 实例化示例在这个例子中int 类型和 std::string 类型的默认构造函数、push() 函数和 top() 函数都将被实例化。然而pop() 函数仅对 std::string 类型进行了实例化。如果类模板有静态成员这些静态成员也只会在特定类型的实例化过程中被实例化一次。
实例化后的类模板类型可以像其他类型一样使用可以用 const 或 volatile 进行限定或者基于它衍生出数组和引用。也可以将其作为 typedef 或 using 进行类型定义的一部分更多类型定义的内容详见第2.8节或者在构建其他模板类型时作为类型参数。例如 void foo(Stackint const s) { // 参数 s 是 int 类型的 Stackusing IntStack Stackint; // IntStack 是 Stackint 的别名Stackint istack[10]; // istack 是长度为 10 的 Stackint 数组IntStack istack2[10]; // istack2 也是长度为 10 的 Stackint 数组 }Stackfloat* floatPtrStack; // float 指针的 Stack StackStackint intStackStack; // int 类型的 Stack 的 Stack模板实参可以是任何类型唯一的要求是任何被调用的操作对该类型都是可行的。 需要注意的是在C11之前必须在两个闭合模板括号之间放置空格以避免语法错误。例如 StackStackint intStackStack; // 在 C11 之前的正确写法如果不这样做而使用符号 会导致语法错误 StackStackint intStackStack; // 在 C11 之前会引发错误旧版本的这种行为的原因是为了帮助C编译器在词法分析阶段将源代码分割成独立的语义片段tokenize the source code。然而由于缺少空格是个常见的bugC11移除了“在两个闭合模板括号中间必须加入空格”的规则这一改变被称为“角括号hack”。 脚注 C17引入了类模板实参推断Class Template Argument Deduction, CTAD使得在某些情况下可以跳过显式指定模板实参只要可以从构造函数推断出模板实参。这将在第2.9节中详细讨论。 改进后的叙述总结 在C17之前使用类模板时需要显式指定模板实参。以下是使用 Stack 类模板的一个示例 #include stack1.hpp #include iostream #include stringint main() {// 创建 int 类型的栈Stackint intStack;// 创建 std::string 类型的栈Stackstd::string stringStack;// 操作 int 类型的栈intStack.push(7);std::cout intStack.top() \n; // 输出: 7// 操作 std::string 类型的栈stringStack.push(hello);std::cout stringStack.top() \n; // 输出: hellostringStack.pop(); }通过声明 Stackint 和 Stackstd::string我们分别创建了存储 int 和 std::string 类型元素的栈。只有在调用成员函数时这些函数才会根据具体类型进行实例化。 实例化后的类模板类型可以像其他类型一样使用可以通过 const 或 volatile 进行限定或者基于它衍生出数组和引用。也可以将其作为 typedef 或 using 进行类型定义的一部分或者在构建其他模板类型时作为类型参数。例如 void foo(Stackint const s) { // 参数 s 是 int 类型的 Stackusing IntStack Stackint; // IntStack 是 Stackint 的别名Stackint istack[10]; // istack 是长度为 10 的 Stackint 数组IntStack istack2[10]; // istack2 也是长度为 10 的 Stackint 数组 }Stackfloat* floatPtrStack; // float 指针的 Stack StackStackint intStackStack; // int 类型的 Stack 的 Stack在C11之前必须在两个闭合模板括号之间放置空格以避免语法错误 StackStackint intStackStack; // 在 C11 之前的正确写法不这样做会导致语法错误 StackStackint intStackStack; // 在 C11 之前会引发错误旧版本的这种行为的原因是为了帮助C编译器在第一轮中将源代码分成独立语义的片段。然而由于缺少空格是个典型的bugC11移除了“在两个闭合模板括号中间必须加入空格”的规则称为“角括号hack”。 脚注 C17引入了类模板实参推断CTAD使得可以跳过指定模板实参只要可以从构造函数推断出模板实参。这将在第2.9节中详细讨论。 2.3 类模板的局部使用 (Partial Usage of Class Templates) 类模板并不强制要求模板实参提供所有可能的操作而只需要提供必要的操作。以下是一个具体的示例展示了这一点 假设 Stack 类模板提供了一个成员函数 printOn()用于打印整个栈的内容并对每个元素调用 operator template typename T class Stack {…void printOn(std::ostream strm) const {for (T const elem : elems) {strm elem ; // 每个元素调用 operator}} };尽管如此你依然可以使用没有定义 operator 的类作为该类模板的模板实参 Stackstd::pairint, int ps; // 注意std::pair 没有定义 operator ps.push({4, 5}); // OK ps.push({6, 7}); // OK std::cout ps.top().first \n; // OK std::cout ps.top().second \n; // OK只有当调用这样的栈的 printOn() 方法时代码才会生成错误因为它不能实例化对该特殊类型的 operator 的调用 ps.printOn(std::cout); // ERROR: 元素类型不支持 operator2.3.1 Concepts 为了明确哪些操作是模板实例化所需要的术语 概念Concept 被用来指示约束条件的集合并在模板库中重复使用。例如C 标准库依赖于随机访问迭代器random access iterator和默认构造default constructible等概念。 截至 C17concepts 主要通过文档或代码注释进行表述。这可能导致未遵循约束条件时产生混乱的错误消息详见第9.4节。 自 C11 起可以通过使用 static_assert 关键字和预定义的类型特性来检查基本的约束条件例如 template typename T class C {static_assert(std::is_default_constructibleT::value, Class C requires default-constructible elements);… };没有该断言如果需要默认构造函数编译依然会失败但错误信息可能包含整个模板实例化的历史从开始实例化到真实的模板定义详见第9.4节。 对于更复杂的约束条件如类型 T 的对象是否提供某种特定的成员函数或是否可以使用 操作符进行比较则需要更详细的检查。详见第19.6.3节的一个详细代码示例。 参考附件E关于更多的有关C Concept的讨论 改进后的叙述总结 2.3 类模板的局部使用 类模板不需要模板实参提供所有可能的操作而只需提供必要的操作。例如 template typename T class Stack {…void printOn(std::ostream strm) const {for (T const elem : elems) {strm elem ; // 每个元素调用 operator}} };Stackstd::pairint, int ps; // std::pair 没有定义 operator ps.push({4, 5}); // OK ps.push({6, 7}); // OK std::cout ps.top().first \n; // OK std::cout ps.top().second \n; // OK// 仅在调用 printOn() 时会报错 ps.printOn(std::cout); // ERROR: 元素类型不支持 operator2.3.1 Concepts 概念Concept 是一组约束条件用于确保模板实参满足特定要求。例如C 标准库依赖于诸如随机访问迭代器和默认构造等概念。 截至 C17这些概念主要通过文档或代码注释描述。自 C11 起可以使用 static_assert 和类型特性来检查基本约束条件 template typename T class C {static_assert(std::is_default_constructibleT::value, Class C requires default-constructible elements);… };对于更复杂的约束条件如特定成员函数的存在或 操作符的支持需进一步的检查方法。详见第19.6.3节的详细代码示例。 2.4 友元 (Friends) 除了使用 printOn() 方法来打印栈的内容使用操作符 将是更好的选择。然而通常操作符 都实现为非成员函数这可以通过内联方式调用 printOn() 方法 template typename T class Stack {…void printOn(std::ostream strm) const { … }friend std::ostream operator (std::ostream strm, StackT const s) {s.printOn(strm);return strm;} };注意这意味着类 Stack 的操作符 不是一个函数模板而是在必要时由类模板实例化的一个普通函数。 然而当尝试声明友元函数并在之后定义时事情会变得复杂。我们有两种主要的选择 选项1隐式地定义一个新的函数模板 这需要使用一个不同的模板参数比如 U template typename T class Stack {…template typename Ufriend class std::ostream operator (std::ostream, StackU const); };无论再次使用 T 还是跳过模板参数声明都无法工作无论是内层 T 屏蔽外层 T 还是在命名空间范围内声明非模板参数。 选项2前向声明 StackT 的输出操作为模板 这需要先进行 StackT 的前向声明 template typename T class Stack;template typename T std::ostream operator (std::ostream, StackT const);template typename T class Stack {…friend std::ostream operator T (std::ostream, StackT const); };注意“函数名”即 操作后面的 T。因此我们声明了一个非成员函数模板的特化版本作为友元。没有 T我们将声明一个新的非模板函数详见第12.5.2节。 在任何情形下依然可以使用没有定义 操作的类作为成员。只有调用该 Stack 的 操作才会引发错误 Stackstd::pairint, int ps; // std::pair 没有定义 操作 ps.push({4, 5}); // OK ps.push({6, 7}); // OK std::cout ps.top().first \n; // OK std::cout ps.top().second \n; // OK std::cout ps \n; // 错误 元素类型不支持 操作改进后的叙述总结 2.4 友元 (Friends) 为了更好地打印栈的内容使用操作符 是一个更好的选择。通常情况下操作符 实现为非成员函数并通过内联方式调用 printOn() 方法 template typename T class Stack {…void printOn(std::ostream strm) const { … }friend std::ostream operator (std::ostream strm, StackT const s) {s.printOn(strm);return strm;} };需要注意的是这里的 operator 不是一个函数模板而是由类模板实例化生成的一个普通函数。 然而在声明和定义友元函数时可能会遇到一些复杂性。以下是两种处理方法 选项1隐式定义新的函数模板 这种方式需要引入一个新的模板参数例如 U template typename T class Stack {…template typename Ufriend class std::ostream operator (std::ostream, StackU const); };这种方法存在一些问题例如重新使用 T 或跳过模板参数声明都会导致编译错误。 选项2前向声明输出操作符为模板 首先进行 StackT 的前向声明 template typename T class Stack;template typename T std::ostream operator (std::ostream, StackT const);template typename T class Stack {…friend std::ostream operator T (std::ostream, StackT const); };注意在 operator 后面加上 T这表明我们声明的是一个非成员函数模板的特化版本作为友元。如果省略 T则会声明一个新的非模板函数详见第12.5.2节。 即使如此你仍然可以使用没有定义 操作的类作为成员。只有在调用 Stack 的 操作时才会引发错误 Stackstd::pairint, int ps; // std::pair 没有定义 操作 ps.push({4, 5}); // OK ps.push({6, 7}); // OK std::cout ps.top().first \n; // OK std::cout ps.top().second \n; // OK std::cout ps \n; // 错误 元素类型不支持 操作脚注 这是个模板化实体templated entity详见第12.1节。