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夜应
6 years ago
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1 第十一章 ( 上篇 ) 函數樣板 (Function Template) 與類別樣板 (Class Template) 建立通用函數 (Generic Functions) & 通用類別 (Generic Classes) - Code Reuse 的另一種發揮 - 煩人的事經歷一次就夠了 1

2 為何需要通用函數? int abs(int x) { return (x>0)?x:-x; int abs(int x) { return (x>0)?x:-x; 取名困難不好記 intfabs(floatx) { return (x>0)?x:-x; intfabs(floatx) { return (x>0)?x:-x; int cabs(complex x) { return (x>0)?x:-x; int cabs(complex x) { return (x>0)?x:-x; 2

3 為何需要通用函數? int abs(int x) { return (x>0)?x:-x; int abs(int x) { return (x>0)?x:-x; [overloading] 同樣的東西為何要寫三次? int abs(float x) { return (x>0)?x:-x; int abs(float x) { return (x>0)?x:-x; int abs(complex x) { return (x>0)?x:-x; int abs(complex x) { return (x>0)?x:-x; 3

4 利用函數樣板來實現通用函數的理想當有一組函數 :: (1) (1) 內容一樣 (2) (2) 參數資料型態不同 int abs(int x) { return (x>0)?x:-x; int abs(int x) { return (x>0)?x:-x; int abs(float x) { return (x>0)?x:-x; int abs(float x) { return (x>0)?x:-x; int abs(complex x) { return (x>0)?x:-x; int abs(complex x) { return (x>0)?x:-x; 把資料型態當參數傳過去建立函數模板 4

5 函數樣板的定義方式 1 intabs( T Tint x) x) { 2 return (x>0)?x:-x; 3 保留字函數模板 1 template <class T> T> 2 T abs( T x) x) { 3 return (x>0)?x:-x; 4 5

6 函數樣板的使用 1 template <class T> 2 T abs( T x) x) { 3 return (x>0)?x:-x; 4 5 void main() { 6 int inta = 3; 3; float b=-2.83; complex c(-5, -2) ; 7 cout << abs(a) << endl ; 8 cout << abs(b) << endl ; 9 cout << abs(c) << endl ;

7 編譯器到底做了甚麼? 1 template <class T> T> 2 T abs( abs( T x) x) { 3 return (x>0)?x:-x; 4 5 void void main() { 6 int inta = 3; 3; float float b=-2.83; complex c(-5, c(-5, -2) -2);; 7 cout cout << << abs(a) << << endl endl ;; 8 cout cout << << abs(b) << << endl endl ;; 9 cout cout << << abs(c) << << endl endl ;; int abs(int x) { return (x>0)?x:-x; int abs(int x) { return (x>0)?x:-x; 自動產生 float abs(float x) { return (x>0)?x:-x; float abs(float x) { return (x>0)?x:-x; 自動產生 complex abs(complex x) x) { return (x>0)?x:-x; 7

8 另一種函數樣板的使用 1 template <class T> 2 T abs( T x) x) { 3 return (x>0)?x:-x; 4 5 void main() { 6 // // int inta = 3; 3; float b=-2.83; complex c(-5, -2) ; 7 cout << abs(3) << endl ; 8 cout << abs(2.83) << endl ; // // T=?? 9 cout << abs(complex(-5, -2)) << endl ;

9 EX: 通用的 swap() void swap(int& x, int& y) { int temp=x; x=y; y=temp; void swap(double& x, double& y) { void swap(frac& x, frac& y) { void main( ) { int a = 5, b =3 ; double d1=3.4, d2=5.6 ; frac f1(5, 3), f2(6, 7) ; swap(a, b); swap(d1, d2); swap(f1, f2) ; 9

10 通用的 swap() template <class T> void swap1(t& x, T& y) { T temp=x; x=y; y=temp; void main( ) { int a = 5, b =3 ; double d1=3.4, d2=5.6 ; swap1(a,b); cout<<a<<b<<endl; swap1(d1, d2); cout<<d1<<d2<<endl; 10

11 EX: 通用的 print_arr() void main( ) { int x[] = {1,2,3 ; float y[] = {1.1,2.2,3.3; complex z[3] ={{1,1,,{2,2,{3,3; print_arr(x, 3) ; // 印出 print_arr(y, 3); // 印出 print_arr(z, 3) ; // 印出 1+1i 2+2i 3+3i Q: 編譯器到底做了甚麼? Q: 編譯器到底做了甚麼? 11

12 EX: 通用的 ROR() void ROR(int a[], int size) { a[0] a[size-1] 12

13 EX: 通用的 max(a,b) [ 寫法一 ] template <class T> T max(t a, T b) { return (a>b)?a:b; void main() { cout << max(5, 3) << endl; cout << max(-3.14, 5.2) <<endl; cout << max(2.3, 5) <<endl ; // 可乎? 13

14 EX: max(a,b) [ 寫法二 ] template <class T1, class T2> T1 max(t1 a, T2 b) { return (a>b)?a:b; void main() { cout << max(5, 3) << endl; cout << max(-3.14, 5.2) <<endl; cout << max(5, 7.8) <<endl ; // 印出啥? 14

15 觀察使用 Function Template 只是少打字而已, 可執行檔的大小並未減低為甚麼不使用 Macro 就好了? 15

16 [Note1]: template <class T> 的 scope template <class T> T abs(t x) x) {.. template <class T> T max(t a, a, T b) b) {.. 樣板一樣板二 16

17 [Note2]: 換不換行沒關係 template <class T> T abs(t x) x) {.. template <class T> T abs(t x) x) {.. 17

18 [Note3]: 樣板參數的宣告的變化 // // type name 隨你取 template <class Atype> Atype abs(atype x) x) {.. // // class 可用 typename 取代 template <typename Atype> Atype abs(atype x) x) {.. 18

19 [Note4]: template <.> 與函數定義間不可有任何指令 template <class Atype> const int intx=18 ; // // error Atype abs(atype x) x) {.. 19

20 [Note5]: 函數樣板與樣板函數 template <class T> int intabs( T x) x) { return (x>0)?x:-x; 函數樣板 (Function Template) int intabs(int x) x) { return (x>0)?x:-x; float float abs(float x) x) { return (x>0)?x:-x; 樣板函數 (Template Function) 產生函數 (Generated Function) frac fracabs(frac x) x) { return (x>0)?x:-x; 20

21 函數呼叫規則 (Rules of Function Invocation) ( 一 ) template <class T> T add(t x, x, T y) y) { cout << F1 ; return x+y ; int intadd(int x, x, int inty) y) { cout << F2 ; ; return x+y ; ; void main() { cout << add(3,8) << endl ; Result: Rules: 21

22 函數呼叫規則 ( 二 ) template <class T1, class T2> T1 T1 add(t1 x, x, T2 T2 y) y) { cout << F1 ; return x+y ; int intadd(int x, x, int inty) y) { cout << F2 ; ; return x+y ; ; void main() { cout << add(3.5, 8) 8) << endl ; Result: Rules: 22

23 函數呼叫規則 ( 三 ) template <class T> T add(t x, x, T y) y) { cout << F1 ; return x+y ; template <class T1, class T2> T1 T1 add(t1 x, x, T2 T2 y) y) { cout << F2 ; ; return x+y ; ; void main() { cout << add(3,8) << endl ; Result: Rules: 23

24 [ 作業 ] 通用的 find 與 sort int find(int a[], int size, int x) { void sort( int a[], int size) { void main() { int a[50]; complex c[50]; frac f[50] ; // 應用 sort() 與 find() 在 int[], complex[] 與 frac[] 24

25 通用的 find template <class T> int find(t a[], int size, T x) { int i=0; int result; for(i=0;i<size;i++) { if(x==a[i]) { result=i; break; return result; void main() { int a[5]={1,2,3,4,5; float b[5]={1.1,2.2,3.3,4.4,5.5; cout<<find(a,5,3)<< <<find(a,5,3)<<endl; <endl endl; cout<<find(b,5,(float)4.4)< 25

26 T 的責任 template <class T> T> T add(t x, x, T y) y) { T z = x+y ;; return z ;; void main() { complex c1, c1, c2 c2 ;;.... cout << << add(c1, c2) c2) ;; class complex { copy constructor operator= operator+ operator<< ;; class list list { copy constructor operator= operator+ operator<< ;; 26

27 為何需要通用類別 (Generic Class) // 你厭倦了為不同的 type 寫 class 嗎? class char_stack{ char data[10] ;... ; class int_stack {int data[10];... ; class complex_stack{complex data[10];...;... 我需要通用的 stack 類別 27

28 類別樣板 (Class Template) template <class T> class class stack stack { private: private: Tintdata[10] ;; int inttop, top, size size ;; public: public: stack():top(-1),size(10) { { stack(const stack& stack& s) s) { for for (int (inti=0 i=0 ;; i<10; i<10; i++) i++) data[i] data[i] = s.data[i] s.data[i] ;; top top = s.top s.top ;; int int pop( ) return ; T pop( ) { return data[top--] ; void void push( push( int x) ; Tint x) { data[++top] = x ; void void print() print() { for(int for(inti=0;i<=top;i++) {cout<<data[i]<<endl; ;; 28

29 類別樣板的使用 void main( ) { stack<int> s1; s1; s1.push(5) ;;.. stack<float> s2 s2 ;; s2.push(3.14) ;; statck<complex> s3 s3 ;;.. stack<int> s2(s1) ;; Q1: s1, s1, s2 s2 and s3 s3 的資料型態為何? Q2: 編譯時會發生甚麼事? 29

30 定義在類別樣板外的成員函數回想 class stack { private: int intdata[10] ;; int inttop, size ;; public: stack():top(-1),size(10) { { int intpop( ) { return data[top--] ;; void push( int intx) x) ;; ;; void stack::push( int intx) { data[++top] = x ;; 30

31 定義在類別樣板外的成員函數 template <class T> T> class stack {. void push(t x) x) ;;// // 如何定義 push() ;; void stack::push(t x) { data[++top] = x; void stack::push(t x) { data[++top] = x; void stack<t>::push(t x) {data[++top] = x ; void stack<t>::push(t x) {data[++top] = x ; 正確版本 template <class T> T> void stack<t>::push(t x) x) {data[++top] = x ;; 31

32 EX: 重新定義 stack template template <class T> class stack { private: T data[10] ; int inttop, size ; public: stack(); T pop( ); ); void push(t x); x); ; 32

33 測試 stack template void main() { stack<int> s1 ; for (int i = 0 ; i<5; i++) s1.push(i) ; s1.print() ; stack<char> s2 ; for (i = 0 ; i<5; i++) s2.push( A +i) ; s2.print() ; 33

34 More on Class Template template <class T> T> class stack { private: T data[10] ;; int inttop, top, size size ;; public: stack(); stack(const stack& s) s) { { ;; 實際測試一次 template <class T> stack<t>::stack(const stack<t>& s) { for (int i=0 ; i<10; i++) data[i] = s.data[i] ; top = s.top ; 34

35 EX: 通用二維座標 // 改寫為 class template 使 main 中的程式碼可以運作 template <class T> class point { T x, y ; public: point(t a, T b) { x = a; y=b; void print() { cout << x << << y ; ; void main() { point<double> p1(3.5, 6.3) ; point<int> p2(3, 9) ; p1.print(); p2.print(); 35

36 EX: 再度測試 stack template void main() { stack<int> s1 ; for (int i = 0 ; i<5; i++) s1.push(i) ; s1.print() ; stack<complex> s2 ; for (int i = 0 ; i<5; i++) s2.push(complex(i, i)) ; s2.print() ; stack<stack<int> > ss ; // 注意 > > 之間要有空格 ss.push(s1) ; ss.push(s1) ; ss.print() ; 36

37 不過載 operator<< template <class T> void stack { (4,2) T data[10]; int top, size; (5,3)... void print() { for (int i = 0 ; i<=top; i++) { cout << data[i] << ; // 根本不 work! void main() { stack<complex> s;... s.print() ; data[1] data[0] 37

38 過載 operator<<() class complex { double a, b ; public:... void print() {cout << a << + << b<< i ; ; void main() { complex c(5,3); c.print() ; cout << c ; // 可以這樣嗎? // 轉成 operator<<(cout, c); 38

39 過載 operator<<() class complex { double a, b ; public:... friend ostream& operator<<(ostream& out, const complex& c) ; ; ostream& operator<<(ostream& out, const complex& c) { out << c.a << + << c.b<< i ; // 做與 print() 相同的事 return out ; void main() {complex c(5,3); cout << c <<endl ; operator<<(cout, c) c) 39

40 結論每個 class 都應該寫 operator<< 只要將原先的 print() 或 show() 改寫即可自我練習 complex, list, stack, frac 40

41 EX: 測試 stack template void main() { stack<int> s1 ; for (int i = 0 ; i<5; i++) s1.push(i) ; cout << s1 << endl ; stack<complex> s2 ; for (int i = 0 ; i<5; i++) s2.push(complex(i, i)) ; cout << s2 << endl ; stack<stack<int>> ss ; ss.push(s1) ; ss.push(s1) ; cout << ss << endl ; Note that 1. Template 2. Sort 3. Operator<< 41

42 Template 的參數 template <class T, T, int intn> n> class stack { T data[n] ;;... ;; void main( )){ stack<int,50> s1 s1 ;; stack<int,30> s2 s2 ;; stack<float, 40> s3 s3 ;; stack<float, 70> s4 s4 What s the the data type of of s1, s1, s2, s2, s3 s3 and s4? 缺點 : 缺點 : 42

43 練習課本 ~

44 作業 (or 自我練習 ) complex> input a 5 3 complex> input b -1 2 complex> eval (a+b)*(a-b)/(2.5*a)?????? 44

45 自我挑戰 : 完成以下 SortedList void main() { SortedList<int> L1; L1.insert(10); L1.insert(25) ; L1.insert(13); L1.insert( 20) ; cout << L1 << endl ; // SortedList<Frac> L2; L2.insert(Frac(3,5)); L2.insert( Frac(2,5)) ; L2.insert(Frac(1,13)); L2.insert(Frac(4,20)) ; cout << L2 << endl ; // 1/13 1/5 2/5 3/5 SortedList<SortedList<int>> LL ; LL.insert(L1); LL.insert(L1); cout << LL <<endl ; 45

運算子多載 Operator Overloading

運算子多載 Operator Overloading 函數樣板 (Function Template) 與類別樣板 (Class Template) 講師 : 洪安 1 資料結構與 C++ 程式設計進階班為何需要通用函數? (1/2) int abs(int x) { return (x>0)?x:-x; 取名困難不好記 float fabs(float x) { return (x>0)?x:-x; complex cabs(complex x)