15.STL标准模板库

目录介绍

15.1 函数模版基础
- 15.1.1 模板的概念
- 15.1.2 函数模板语法
- 15.1.3 函数模板注意事项
- 15.1.4 函数模板案例
- 15.1.5 普通函数VS函数模板
- 15.1.6 普通函数与函数模板调用规则
- 15.1.7 模板的局限性
15.2 类模板基础
- 15.2.1 类模板语法
- 15.2.2 类模板与函数模板区别
- 15.2.3 类模板中成员函数创建时机
- 15.2.4 类模板对象做函数参数
- 15.2.5 类模板与继承
- 15.2.6 类模板成员函数类外实现
- 15.2.7 类模板分文件编写
- 15.2.8 类模板与友元
- 15.2.9 类模板案例
15.3 STL基础概念
- 15.3.1 STL的诞生
- 15.3.2 STL基本概念
- 15.3.3 STL六大组件
15.4 STL算法实践
15.5 STL迭代器实践
15.6 STL适配器实践
15.7 STL函数实践
15.8 STL字符串实践

15.1 模版的基础

15.1.1 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

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

15.1.2 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

示例：

//交换整型函数
void swapInt(int &a, int &b) {
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

//交换浮点型函数
void swapDouble(double &a, double &b) {
    double temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

//利用模板提供通用的交换函数
template<typename T>
void mySwap(T &a, T &b) {
    T temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

void test() {
    int a = 10;
    int b = 20;
    double c = 10.1;
    double d = 20.2;
    //swapInt(a,b);
    //swapDouble(c,d);
    //1.利用模版
    //mySwap(a,b);
    mySwap(c,d);
    //2.显示指定类型
    mySwap<int>(a,b);
    cout << "a = " << a << endl;
    cout << "b = " << b << endl;
    cout << "c = " << c << endl;
    cout << "d = " << d << endl;
}

int main() {
    test();
    return 0;
}

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

15.1.3 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

示例：

//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 test1() {
    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
    cout << "a = " << a << endl;
    cout << "b = " << b << endl;
    cout << "c = " << c << endl;
}

template<class T>
void func() {
    cout << "func 调用" << endl;
}

void test2() {
    //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() {
    test1();
    test2();
    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

15.1.4 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

示例：

//交换的函数模板
template<typename T>
void mySwap(T &a, T&b)
{
	T temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}


template<class T> // 也可以替换成typename
//利用选择排序，进行对数组从大到小的排序
void mySort(T arr[], int len)
{
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		int max = i; //最大数的下标
		for (int j = i + 1; j < len; j++)
		{
			if (arr[max] < arr[j])
			{
				max = j;
			}
		}
		if (max != i) //如果最大数的下标不是i，交换两者
		{
			mySwap(arr[max], arr[i]);
		}
	}
}
template<typename 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[] = "bdcfeagh";
	int num = sizeof(charArr) / sizeof(char);
	mySort(charArr, num);
	printArray(charArr, num);
}

void test02()
{
	//测试int数组
	int intArr[] = { 7, 5, 8, 1, 3, 9, 2, 4, 6 };
	int num = sizeof(intArr) / sizeof(int);
	mySort(intArr, num);
	printArray(intArr, num);
}

int main() {

	test01();
	test02();

	system("pause");

	return 0;
}

总结：模板可以提高代码复用，需要熟练掌握

15.1.5 普通函数VS函数模板

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

示例：

//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;
}

//使用函数模板时，如果用自动类型推导，不会发生自动类型转换,即隐式类型转换
void test() {
    int a = 10;
    int b = 20;
    char c = 'c';
    cout << myAdd01(a, c) << endl; //正确，将char类型的'c'隐式转换为int类型  'c' 对应 ASCII码 99
    //myAdd02(a, c); // 报错，使用自动类型推导时，不会发生隐式类型转换
    myAdd02<int>(a, c); //正确，如果用显示指定类型，可以发生隐式类型转换
    cout << "a = " << a << endl;
    cout << "b = " << b << endl;
    cout << "c = " << c << endl;
}

int main() {
    test();
    return 0;
}

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

15.1.6 普通函数与函数模板调用规则

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

示例：

//普通函数与函数模板调用规则
void myPrint(int a, int b) {
    cout << "调用的普通函数" << endl;
}

template<typename T>
void myPrint(T a, T b) {
    cout << "调用的模板" << endl;
}

template<typename T>
void myPrint(T a, T b, T c) {
    cout << "调用重载的模板" << endl;
}

void test() {
    //1、如果函数模板和普通函数都可以实现，优先调用普通函数
    // 注意 如果告诉编译器  普通函数是有的，但只是声明没有实现，或者不在当前文件内实现，就会报错找不到
    int a = 10;
    int b = 20;
    myPrint(a, b); //调用普通函数

    //2、可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板
    myPrint<>(a, b); //调用函数模板

    //3、函数模板也可以发生重载
    int c = 30;
    myPrint(a, b, c); //调用重载的函数模板

    //4、 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); //调用函数模板
}

int main() {
    test();
    return 0;
}

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

15.1.7 模板的局限性

局限性： 模板的通用性并不是万能的

例如：

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。再例如：

template<class T>
void f2(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

示例：

#include<iostream>
using namespace std;
#include <string>

class Person {
public:
    Person(string name, int age){
        this->name = name;
        this->age = age;
    }
    string name;
    int age;
};

//普通函数模板
template<class T>
bool myCompare(T &a, T &b) {
    if (a == b) {
        return true;
    } else {
        return false;
    }
}

//具体化，显示具体化的原型和定意思以template<>开头，并通过名称来指出类型
//具体化优先于常规模板
template<> bool myCompare(Person &p1, Person &p2) {
    if (p1.name == p2.name && p1.age == p2.age) {
        return true;
    } else {
        return false;
    }
}

void test1() {
    int a = 10;
    int b = 20;
    bool ret = myCompare(a,b);
    if (ret) {
        cout << "a == b " << endl;
    } else {
        cout << "a != b " << endl;
    }
}

void test2() {
    Person p1("yc",30);
    Person p2("yyt",1);
    //自定义数据类型，不会调用普通的函数模板
    //可以创建具体化的Person数据类型的模板，用于特殊处理这个类型
    bool ret = myCompare(p1, p2);
    if (ret) {
        cout << "p1 == p2 " << endl;
    } else {
        cout << "p1 != p2 " << endl;
    }
}

int main() {
    test1();
    test2();
    return 0;
}

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

15.2 类模板基础

15.2.1 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

示例：

template<class NameType,class AgeType>
class Person{
public:
    NameType name;
    AgeType age;
public:
    Person(NameType name ,AgeType age) {
        this->name = name;
        this->age = age;
    }
    void showPerson() {
        cout << "name: " << this->name << " age: " << this->age << endl;
    }
};

void test() {
    Person<string,int> p1("打工充",28);
    p1.showPerson();
}

int main() {
    test();
    return 0;
}

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

15.2.2 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

示例：

//类模版
template<class NameType, class AgeType = int>
class Person{
public:
    NameType name;
    AgeType age;
public:
    Person(NameType name, AgeType age) {
        this->name = name;
        this->age = age;
    }
    void showPerson() {
        cout << "name: " << this->name << " age: " << this->age << endl;
    }
};

//1、类模板没有自动类型推导的使用方式
void test1() {
    // Person p("孙悟空", 1000); // 错误 类模板使用时候，不可以用自动类型推导
    Person <string ,int>p("孙悟空", 1000); //必须使用显示指定类型的方式，使用类模板
    p.showPerson();
}


//2、类模板在模板参数列表中可以有默认参数
void test2(){
    Person <string> p("猪八戒", 999); //类模板中的模板参数列表 可以指定默认参数
    p.showPerson();
}

int main() {
    test1();
    test2();
    return 0;
}

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

15.2.3 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

示例：

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;
public:
    //类模板中的成员函数，并不是一开始就创建的，而是在模板调用时再生成
    void fun1() {
        obj.showPerson1();
    }
    void fun2() {
        obj.showPerson2();
    }
};

void test() {
    MyClass<Person1> m1;
    m1.fun1();
    //m1.fun2();//编译会出错，说明函数调用才会去创建成员函数
}

int main() {
    test();
    return 0;
}

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。

15.2.4 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

示例：

//类模版
template<class NameType, class AgeType = int>
class Person{
public:
    NameType name;
    AgeType age;
public:
    Person(NameType name, AgeType age) {
        this->name = name;
        this->age = age;
    }
    void showPerson() {
        cout << "name: " << this->name << " age: " << this->age << endl;
    }
};

//1、指定传入的类型
void printPerson1(Person<string, int> &p) {
    p.showPerson();
}

void test1() {
    cout << "1、指定传入的类型"<< endl;
    Person<string,int> p("打工充",28);
    //p.showPerson();
    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 test2() {
    cout << "2、参数模板化"<< endl;
    Person <string, int >p("猪八戒", 90);
    printPerson2(p);
}

//3、整个类模板化
template<class T>
void printPerson3(T &p){
    cout << "T的类型为： " << typeid(T).name() << endl;
    p.showPerson();
}

void test3() {
    cout << "3、整个类模板化"<< endl;
    Person<string,int> p("唐僧",200);
    printPerson3(p);
}

int main() {
    test1();
    test2();
    test3();
    return 0;
}

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

15.2.5 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

示例：

template<class T>
class Base {
    T m;
};

//class Son:public Base  //错误，c++编译需要给子类分配内存，必须知道父类中T的类型才可以向下继承
class Son : public Base<int> {  //必须指定一个类型
};

void test01() {
    Son c;
}

//类模板继承类模板 ,可以用T2指定父类中的T类型
template<class T1, class T2>
class Son2 : public Base<T2> {
public:
    Son2() {
        cout << typeid(T1).name() << endl;
        cout << typeid(T2).name() << endl;
    }
};

void test02() {
    Son2<int, char> child1;
}

int main() {
    test01();
    test02();
    return 0;
}

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

15.2.6 类模板成员函数类外实现

15.2.7 类模板分文件编写

15.2.8 类模板与友元

15.2.9 类模板案例

设计一个栈，可以存储数据和取出数据。操作的元素可以是int类型，也可以是string类型，甚至可以自定义类型。

template<class T>
class MyStack {
private:
    vector<T> elems;     // 元素
public:
    void push(T const &);  // 入栈
    void pop();               // 出栈
    T top() const;            // 返回栈顶元素
    bool empty() const {       // 如果为空则返回真。
        return elems.empty();
    }
};

template<class T>
void MyStack<T>::push(const T &elem) {
    // 追加传入元素的副本
    elems.push_back(elem);
}

template<class T>
void MyStack<T>::pop() {
    if (elems.empty()) {
        throw out_of_range("MyStack<>::pop(): empty stack");
    }
    // 删除最后一个元素
    elems.pop_back();
}

template<class T>
T MyStack<T>::top() const {
    if (elems.empty()) {
        throw out_of_range("MyStack<>::top(): empty stack");
    }
    // 返回最后一个元素的副本
    return elems.back();
}

//类模版设计和实践
void test() {
    try {
        MyStack<int> intStack;  // int 类型的栈
        MyStack<string> stringStack;    // string 类型的栈

        // 操作 int 类型的栈
        intStack.push(7);
        cout << "T被替换为int，获取栈顶数据 " << intStack.top() << endl;

        // 操作 string 类型的栈
        stringStack.push("hello");
        cout << "T被替换为string，获取栈顶数据 " << stringStack.top() << endl;
        stringStack.pop();
        stringStack.pop();
    } catch (exception &ex) {
        cerr << "Exception: " << ex.what() << endl;
    }
}

int main() {
    test();
    return 0;
}