C++

第五講 泛型程式設計 講師 : 李根逸 (Ken-Yi Lee), E-mail: feis.tw@gmail.com

130 課程 大綱 模版 (template) 簡介實作多個相似內容的函式函式模版類別模版 自製陣列模版 static 的 用法修飾全域變數或 一般函式修飾區域變數修飾類別成員 C++ STL 的陣列模版 (std::vector)

131 實作多個相似內容的函式 [1] 寫 C/C++ 程式時常常會遇到許多實作內容相似卻不完全 一樣的函式 在以前, 我們會將這些函式不 一樣的部份 用函式參數的 方式來傳遞, 進 而寫成同 一個函式 : 例如 : void Set0(int &x) { x = 0; } void Set5(int &x) { x = 5; } 可以設計成 : // Set0(a); // Set5(a); 這樣設計的好處我們只要寫 一次函式定義, 比較容易統 一相似的部分 缺點是每次呼叫的時候都可能需要複製 一次 v void Set(int &x, int v) { // Set(a, 3); x = v; // Set(a, 5); }

132 實作多個相似內容的函式 [2] 但是依照之前的作法, 相似內容函式間不同的地 方必須要能當做參數傳 入, 所以會有些限制 : void Set(double &x, double v) { x = v; // Set(a, 5); } void Set(int &x, int v) { x = v; // Set(b, 5); } 要怎麼把這兩個函式寫在 一起? 這兩個函式不 一樣的地 方是參數的 型態 而不是參數的 值

133 模版 [1] template ( 模版 ) 是進 行泛型程式設計 (generic programming) 的主要語法 : 使 用模版可以定義 一組相似內容的類別或函式 在 C 裡 面可能使 用 #define 來模仿這個功能 ( 搜尋取代 ) 宣告或定義語法 : template< 模版參數型態模版參數名稱,...> 函式宣告定義或類別宣告定義例如, 定義函式模版 : template<typename T> void Set(T &x, T v) { x = v; } 呼叫模版產 生的函式 : Set<int>(a, 5); Set<double>(b, 5.5); typename 表 示這裡的 T 是個型態名稱 語法上這裡也可以使 用 class, 意義相同 這裡的 T 是我們 自 己取的模版參數名稱 [ 範例 ] template.cpp

134 模版 [2] 函式模版本 身不是函式, 而是函式的模版 範本 在編譯的時候, 編譯器視程式碼中使 用的情況 而 自動依據模版產 生需要的函式 : template<typename T> void Swap(T &a, T &b) { T t = a; a = b; b = t; } 呼叫函式時, 如果可以從函式參數直接判斷模版參數值的話, 可以省略模版參數不 用給 : int a = 3, b = 5; double c = 3.5; Swap<int>(a, b); // 會 自動產 生 一個叫 Swap<int> 的函式 Swap<>(a, b); Swap(a, b); // 這也可以 Swap(a, c); // [ 編譯錯誤 ] Swap 是函式模版, 而 Swap<int> 或 Swap<double> 等就是依據這個模組產 生的函式們 在 <algorithm> 內有 std::swap 這個函式模版 // 我們可以從 a, b 的型態判斷 Type [ 範例 ] swap.cpp

135 練習 求最 大值的函式 試著 用模組寫 一個可以求各種資料類型的最 大值函式 請修改原本的 Max 函式成為 一個函式 模版 可以使 用這個函式模版去計算各種不同資料型態的最 大值 [ 練習 ] ex5a.cpp

136 類別模版 我們也可以定義類別的模版 : template<typename T> class Grade { public: Grade(); Grade(const T &v); 為什麼我們使 用 const T & 而不是 T void Set(const T &v); 作為參數或回傳值型態? const T &Get() const; const Grade<T> operator+(const Grade<T> &rhs) const; private: T data_; }; Grade<int> 是個 用 int 型態儲存成績的類別 而 Grade<double> 是個 用 double 型態儲存成績的類別 在定義類別模版的成員函式時, 很多時候可以省略模版參數 例如 Grade<T> 可寫成 Grade 但為了避免困惑, 我們這 門課 大部分情況都不省略 特別 建構式名稱還是 Grade 而不是 Grade<T> [ 範例 ] grade.cpp

137 範例 自製陣列模版 [1] template<typename ElemType> class Array { 使 用模版可以更有延伸性 public: Array(); Array(const Array<ElemType> &rhs); explicit Array(int n); ~Array(); int Size() const; ElemType &At(int i); const ElemType &At(int i); ElemType &operator[](int i); const ElemType &operator[](int i) const; Array<ElemType> &operator=(const Array<ElemType> &rhs); }; [ 範例 ] array_1.cpp

138 範例 自製陣列模版 [2] 如果陣列的 大 小在編譯期就可以決定的話, 我們可以將陣列 大 小也設定為 一個模版參數, 可以簡化程式碼和可能增加效率 : template<typename ElemType, int knumofelems> class Array { public: int Size() const; ElemType &At(int i); const ElemType &At(int i); const; ElemType &operator[](int i); const ElemType &operator[](int i) const; private: ElemType data[knumofelems]; }; 大三法則 ( 解構式 複製建構式和指定運算 子 ) 到哪去了? Array<int, 10> a; a 是 一個 大 小為 10 的 int 陣列物件 [ 範例 ] array_2.cpp

139 static 的 用法 [1] static 可以修飾全域變數或函式的宣告或定義 : 該全域變數或函式只能在同個檔案內使 用 在 C++ 中, 這功能可以使 用匿名命名空間取代 int a; // 在所有檔案都可以使 用 static int b; // 就只有這個檔案可以使 用 namespace { int c; // 就只有這個檔案可以使 用 }; int main() { cout << a << endl << b << endl << c << endl; return 0; }

140 static 的 用法 [2] static 可以修飾區域變數的定義 : 該區域變數只會在程式中產 生與死亡 一次 在第 一次定義的時候初始化, 在程式結束的時候死亡 int &static_var() { static int a = 3; // 在整個程式中這只會做 一次 return ++a; } 思考 這裡可以回傳參考嗎? int main() { for (int i = 0; i < 10; ++i) { cout << static_var() << endl; } return 0; } [ 範例 ] static_1.cpp

141 static 的 用法 [3] static 可以修飾類別內的成員宣告 : 該成員變數或成員函式就成為類別變數或類別函式, 屬於該類別 而不是個別物件, 可以直接使 用類別名稱去存取 ( 類別名稱 :: 變數或函式名稱 ) 相對地, 類別函式內部不能存取 一般物件的成員變數或成員函式 class Grade { public: static const int kmaxgrade = 100; static const int kmingrade = 0; int data; }; int main() { cout << Grade::kMaxGrade << << Grade::kMinGrade << endl; cout << Grade::data << endl; // [ 編譯錯誤 ] return 0; } 我們不 用產 生任何物件就可以讀取類別變數或執 行類別函式 [ 範例 ] static_2.cpp

142 範例 自製陣列模版 [3] 成員函式的運作不牽涉到物件的成員變數或其他成員函式, 可以宣告其為 static, 也就是類別函式 : template<typename ElemType, int knumofelems> class Array { public: static int Size(); ElemType &At(int i); const ElemType &At(int i) const; ElemType &operator[](int i); const ElemType &operator[](int i) const; private: ElemType data[knumofelems]; }; Array<int, 10>::Size() 是 10 [ 範例 ] array_3.cpp

143 練習 可變 大 小陣列的模版 試著做 一個可變 大 小的陣列模版 : template<typename ElemType> class Vector { public: Vector(); explicit Vector(int n); Vector(const Vector<ElemType> &rhs);... }; [ 練習 ] ex5b.cpp

144 範例 使 用 STL 的陣列 在 C++ STL 内有 std::vector<type>, 是可變 大 小陣列的模版 需要 #include <vector> 請試著練習查看說明 文件 std::vector<type> 的提供的操作 : 快速存取任意位置的元素 (operator[]) 快速新增或刪除元素於尾端 (push_back, pop_back) 可任意改變 大 小 (resize), 但可能需重新配置記憶體 可以清除全部的陣列內容 (clear) 事先保留 足夠的空間 (reserve) 可以避免重新配置記憶體 新增 (insert) 或刪除 (erase) 任意位置的元素 比較慢 這兩個操作需要 用到迭代器 (iterator), 我們在後 面 一章節再解釋 [ 範例 ] stl.cpp

145 練習 通訊錄 使 用 std::vector<type> 來完成 一個通訊錄程式 使 用 std::string 儲存名字與電話號碼 struct Record { string name; // 姓名 string mobile; // 電話號碼 }; [ 練習 ] ex5c.cpp

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