9_模板
模板
函数模板
相比于函数的重载，减少了代码的冗余
template <class T> //定义函数模板
void outputArray(const T *array, int count) {
for (int i = 0; i < count; i++)
cout << array[i] << " "; //如果数组元素是类的对象，需要该对象所属类重载了流插入运算符“<<”
cout << endl;
}
类模板
-
类模板 template <模板参数表>
class 类名 {类成员声明};
-
如果需要在类模板以外定义其成员函数，则要采用以下的形式：
-
template <模板参数表> 类型名
类名<模板参数标识符列表>::函数名（参数表）
#include <iostream>
#include <cstdlib>
using namespace std;
struct Student {
int id; //学号
float gpa; //平均分
};
template <class T>
class Store {//类模板：实现对任意类型数据进行存取
private:
T item; // item用于存放任意类型的数据
bool haveValue; // haveValue标记item是否已被存入内容
public:
Store();
T &getElem(); //提取数据函数
void putElem(const T &x); //存入数据函数
};
template <class T>
Store<T>::Store(): haveValue(false) { }
template <class T>
T &Store<T>::getElem() {
//如试图提取未初始化的数据，则终止程序
if (!haveValue) {
cout << "No item present!" << endl;
exit(1); //使程序完全退出，返回到操作系统。
}
return item; // 返回item中存放的数据
}
template <class T>
void Store<T>::putElem(const T &x) {
// 将haveValue 置为true，表示item中已存入数值
haveValue = true;
item = x; // 将x值存入item
}
int main() {
Store<int> s1, s2;
s1.putElem(3);
s2.putElem(-7);
cout << s1.getElem() << " " << s2.getElem() << endl;
Student g = { 1000, 23 };
Store<Student> s3;
s3.putElem(g);
//结构体默认是public,可以直接用.访问成员
cout << "The student id is " << s3.getElem().id << endl;
Store<double> d;
cout << "Retrieving object D... ";
cout << d.getElem() << endl;
//d未初始化，执行函数D.getElement()时导致程序终止
return 0;
}
线性群体
- 群体是指由多个数据元素组成的集合体。群体可以分为两个大类：线性群体和非线性群体。
- 线性群体中的元素按位置排列有序，可以区分为第一个元素、第二个元素等。
- 非线性群体不用位置顺序来标识元素。
- 线性群体中的元素次序与其逻辑位置关系是对应的。在线性群体中，又可按照访问元素的不同方法分为直接访问、顺序访问和索引访问。
- 在本章我们只介绍直接访问和顺序访问。
数组类
-
静态数组是具有固定元素个数的群体，其中的元素可以通过下标直接访问。
-
- 缺点：大小在编译时就已经确定，在运行时无法修改。
-
动态数组由一系列位置连续的，任意数量相同类型的元素组成。
-
- 优点：其元素个数可在程序运行时改变。
-
vector就是用类模板实现的动态数组。
#ifndef ARRAY_H
#define ARRAY_H
#include <cassert>
template <class T> //数组类模板定义
class Array {
private:
T* list; //用于存放动态分配的数组内存首地址
int size; //数组大小（元素个数）
public:
Array(int sz = 50); //构造函数
Array(const Array<T> &a); //复制构造函数
~Array(); //析构函数
Array<T> & operator = (const Array<T> &rhs); //重载"=“
T & operator [] (int i); //重载"[]”
const T & operator [] (int i) const; //重载"[]”常函数
operator T * (); //重载到T*类型的转换
operator const T * () const;
int getSize() const; //取数组的大小
void resize(int sz); //修改数组的大小
};
template <class T> Array<T>::Array(int sz) {//构造函数
assert(sz >= 0);//sz为数组大小（元素个数），应当非负
size = sz; // 将元素个数赋值给变量size
list = new T [size]; //动态分配size个T类型的元素空间
}
template <class T> Array<T>::~Array() { //析构函数
delete [] list;
}
template <class T>
Array<T>::Array(const Array<T> &a) { //复制构造函数
size = a.size; //从对象x取得数组大小，并赋值给当前对象的成员
list = new T[size]; // 动态分配n个T类型的元素空间
for (int i = 0; i < size; i++) //从对象X复制数组元素到本对象
list[i] = a.list[i];
}
为什么有的函数返回引用?
- 如果一个函数的返回值是一个对象的值，就是右值，不能成为左值。
- 如果返回值为引用。由于引用是对象的别名，通过引用可以改变对象的值，因此是左值。
/续上，重载"="运算符，将对象rhs赋值给本对象。实现对象之间的整体赋值
template <class T>
Array<T> &Array<T>::operator = (const Array<T>& rhs) {
if (&rhs != this) {
//如果本对象中数组大小与rhs不同，则删除数组原有内存，然后重新分配
if (size != rhs.size) {
delete [] list; //删除数组原有内存
size = rhs.size; //设置本对象的数组大小
list = new T[size]; //重新分配size个元素的内存
}
//从对象X复制数组元素到本对象
for (int i = 0; i < size; i++)
list[i] = rhs.list[i];
}
return *this; //返回当前对象的引用
}
//重载下标运算符，实现与普通数组一样通过下标访问元素，具有越界检查功能
template <class T>
T &Array<T>::operator[] (int n) {
assert(n >= 0 && n < size); //检查下标是否越界
return list[n]; //返回下标为n的数组元素
}
template <class T>
const T &Array<T>::operator[] (int n) const {
assert(n >= 0 && n < size); //检查下标是否越界
return list[n]; //返回下标为n的数组元素
//重载指针转换运算符，将Array类的对象名转换为T类型的指针
template <class T>
Array<T>::operator T * () {
return list; //返回当前对象中私有数组的首地址
}
//取当前数组的大小
template <class T>
int Array<T>::getSize() const {
return size;
}
// 将数组大小修改为sz
template <class T>
void Array<T>::resize(int sz) {
assert(sz >= 0); //检查sz是否非负
if (sz == size) //如果指定的大小与原有大小一样，什么也不做
return;
T* newList = new T [sz]; //申请新的数组内存
int n = (sz < size) ? sz : size;//将sz与size中较小的一个赋值给n
//将原有数组中前n个元素复制到新数组中
for (int i = 0; i < n; i++)
newList[i] = list[i];
delete[] list; //删除原数组
list = newList; // 使list指向新数组
size = sz; //更新size
}
#endif //ARRAY_H
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include "Array.h"
using namespace std;
void read(int *p, int n)
{
for (int i=0; i<n; i++)
{
cin >> p[i];
}
}
void print(int *p, int n)
{
for (int i=n-1; i>=0; i--)
{
cout << p[i] << ' ';
}
cout << endl;
}
int main() {
Array<int> a(3);
read((int *)a, 3);
print((int *)a, 3);
return 0;
}
链表
顺序访问的线性群体，分为单链表和双向链表
节点类模板
#ifndef NODE_H
#define NODE_H
template<class T>
class Node
{
private:
T *next;
public:
T data;
Node(const T &data, Node<T> *next=0);
void insertAfter(Node<T> *p);
Node<T> *deleteAfter();
Node<T> *nextNode();
const Node<T> *nextNode() const;
};
template<class T>
Node<T>::Node(const T &data, Node<T> *next) : data(data), next(next){}
template<class T>
Node<T>* Node<T>::nextNode()
{
return next;
}
template<class T>
const Node<T>* Node<T>::nextNode() const
{
return next;
}
template<class T>
void Node<T>::insertAfter(Node<T> *p)
{
p->next = next;
next = p;
}
template<class T>
Node<T>* Node<T>::deleteAfter()
{
Node<T> *tempPtr = next;
if (next = 0)
return 0;
next = tempPtr->next;
return tempPtr;
}
#endif
链表类模板
#ifndef LINKEDLIST_H
#define LINKEDLIST_H
#include "Node.h"
template <class T>
class LinkedList {
private:
//数据成员：
Node<T> *front, *rear; //表头和表尾指针
Node<T> *prevPtr, *currPtr; //记录表当前遍历位置的指针，由插入和删除操作更新
int size; //表中的元素个数
int position; //当前元素在表中的位置序号。由函数reset使用
//函数成员：
//生成新结点，数据域为item，指针域为ptrNext
Node<T> *newNode(const T &item,Node<T> *ptrNext=NULL);
//释放结点
void freeNode(Node<T> *p);
//将链表L 拷贝到当前表（假设当前表为空）。
//被拷贝构造函数、operator = 调用
void copy(const LinkedList<T>& L);
public:
LinkedList(); //构造函数
LinkedList(const LinkedList<T> &L); //拷贝构造函数
~LinkedList(); //析构函数
LinkedList<T> & operator = (const LinkedList<T> &L); //重载赋值运算符
int getSize() const; //返回链表中元素个数
bool isEmpty() const; //链表是否为空
void reset(int pos = 0);//初始化游标的位置
void next(); //使游标移动到下一个结点
bool endOfList() const; //游标是否到了链尾
int currentPosition() const; //返回游标当前的位置
void insertFront(const T &item); //在表头插入结点
void insertRear(const T &item); //在表尾添加结点
void insertAt(const T &item); //在当前结点之前插入结点
void insertAfter(const T &item); //在当前结点之后插入结点
T deleteFront(); //删除头结点
void deleteCurrent(); //删除当前结点
T& data(); //返回对当前结点成员数据的引用
const T& data() const; //返回对当前结点成员数据的常引用
//清空链表：释放所有结点的内存空间。被析构函数、operator= 调用
void clear();
};
template <class T> //生成新结点
Node<T> *LinkedList<T>::newNode(const T& item, Node<T>* ptrNext)
{
Node<T> *p;
p = new Node<T>(item, ptrNext);
if (p == NULL)
{
cout << "Memory allocation failure!\n";
exit(1);
}
return p;
}
template <class T>
void LinkedList<T>::freeNode(Node<T> *p) //释放结点
{
delete p;
}
template <class T>
void LinkedList<T>::copy(const LinkedList<T>& L) //链表复制函数
{
Node<T> *p = L.front; //P用来遍历L
int pos;
while (p != NULL) //将L中的每一个元素插入到当前链表最后
{
insertRear(p->data);
p = p->nextNode();
}
if (position == -1) //如果链表空,返回
return;
//在新链表中重新设置prevPtr和currPtr
prevPtr = NULL;
currPtr = front;
for (pos = 0; pos != position; pos++)
{
prevPtr = currPtr;
currPtr = currPtr->nextNode();
}
}
template <class T> //构造一个新链表，将有关指针设置为空，size为0，position为-1
LinkedList<T>::LinkedList() : front(NULL), rear(NULL),
prevPtr(NULL), currPtr(NULL), size(0), position(-1)
{}
template <class T>
LinkedList<T>::LinkedList(const LinkedList<T>& L) //拷贝构造函数
{
front = rear = NULL;
prevPtr = currPtr = NULL;
size = 0;
position = -1;
copy(L);
}
template <class T>
LinkedList<T>::~LinkedList() //析构函数
{
clear();
}
template <class T>
LinkedList<T>& LinkedList<T>::operator=(const LinkedList<T>& L)//重载"="
{
if (this == &L) // 不能将链表赋值给它自身
return *this;
clear();
copy(L);
return *this;
}
template <class T>
int LinkedList<T>::getSize() const //返回链表大小的函数
{
return size;
}
template <class T>
bool LinkedList<T>::isEmpty() const //判断链表为空否
{
return size == 0;
}
template <class T>
void LinkedList<T>::reset(int pos) //将链表当前位置设置为pos
{
int startPos;
if (front == NULL) // 如果链表为空，返回
return;
if (pos < 0 || pos > size - 1) // 如果指定位置不合法，中止程序
{
std::cerr << "Reset: Invalid list position: " << pos << endl;
return;
}
// 设置与遍历链表有关的成员
if (pos == 0) // 如果pos为0，将指针重新设置到表头
{
prevPtr = NULL;
currPtr = front;
position = 0;
}
else // 重新设置 currPtr, prevPtr, 和 position
{
currPtr = front->nextNode();
prevPtr = front;
startPos = 1;
for (position = startPos; position != pos; position++)
{
prevPtr = currPtr;
currPtr = currPtr->nextNode();
}
}
}
template <class T>
void LinkedList<T>::next() //将prevPtr和currPtr向前移动一个结点
{
if (currPtr != NULL)
{
prevPtr = currPtr;
currPtr = currPtr->nextNode();
position++;
}
}
template <class T>
bool LinkedList<T>::endOfList() const // 判断是否已达表尾
{
return currPtr == NULL;
}
template <class T>
int LinkedList<T>::currentPosition() const // 返回当前结点的位置
{
return position;
}
template <class T>
void LinkedList<T>::insertFront(const T& item) // 将item插入在表头
{
if (front != NULL) // 如果链表不空则调用Reset
reset();
insertAt(item); // 在表头插入
}
template <class T>
void LinkedList<T>::insertRear(const T& item) // 在表尾插入结点
{
Node<T> *nNode;
prevPtr = rear;
nNode = newNode(item); // 创建新结点
if (rear == NULL) // 如果表空则插入在表头
front = rear = nNode;
else
{
rear->insertAfter(nNode);
rear = nNode;
}
currPtr = rear;
position = size;
size++;
}
template <class T>
void LinkedList<T>::insertAt(const T& item) // 将item插入在链表当前位置
{
Node<T> *nNode;
if (prevPtr == NULL) // 插入在链表头，包括将结点插入到空表中
{
nNode = newNode(item, front);
front = nNode;
}
else // 插入到链表之中. 将结点置于prevPtr之后
{
nNode = newNode(item);
prevPtr->insertAfter(nNode);
}
if (prevPtr == rear) //正在向空表中插入，或者是插入到非空表的表尾
{
rear = nNode; //更新rear
position = size; //更新position
}
currPtr = nNode; //更新currPtr
size++; //使size增值
}
template <class T>
void LinkedList<T>::insertAfter(const T& item) // 将item 插入到链表当前位置之后
{
Node<T> *p;
p = newNode(item);
if (front == NULL) // 向空表中插入
{
front = currPtr = rear = p;
position = 0;
}
else // 插入到最后一个结点之后
{
if (currPtr == NULL)
currPtr = prevPtr;
currPtr->insertAfter(p);
if (currPtr == rear)
{
rear = p;
position = size;
}
else
position++;
prevPtr = currPtr;
currPtr = p;
}
size++; // 使链表长度增值
}
template <class T>
T LinkedList<T>::deleteFront() // 删除表头结点
{
T item;
reset();
if (front == NULL)
{
cerr << "Invalid deletion!" << endl;
exit(1);
}
item = currPtr->data;
deleteCurrent();
return item;
}
template <class T>
void LinkedList<T>::deleteCurrent() // 删除链表当前位置的结点
{
Node<T> *p;
if (currPtr == NULL) // 如果表空或达到表尾则出错
{
cerr << "Invalid deletion!" << endl;
exit(1);
}
if (prevPtr == NULL) // 删除将发生在表头或链表之中
{
p = front; // 保存头结点地址
front = front->nextNode(); //将其从链表中分离
}
else //分离prevPtr之后的一个内部结点，保存其地址
p = prevPtr->deleteAfter();
if (p == rear) // 如果表尾结点被删除
{
rear = prevPtr; //新的表尾是prevPtr
position--; //position自减
}
currPtr = p->nextNode(); // 使currPtr越过被删除的结点
freeNode(p); // 释放结点，并
size--; //使链表长度自减
}
template <class T>
T& LinkedList<T>::data() //返回一个当前结点数值的引用
{
if (size == 0 || currPtr == NULL) // 如果链表为空或已经完成遍历则出错
{
cerr << "Data: invalid reference!" << endl;
exit(1);
}
return currPtr->data;
}
template <class T>
void LinkedList<T>::clear() //清空链表
{
Node<T> *currPosition, *nextPosition;
currPosition = front;
while (currPosition != NULL)
{
nextPosition = currPosition->nextNode(); //取得下一结点的地址
freeNode(currPosition); //删除当前结点
currPosition = nextPosition; //当前指针移动到下一结点
}
front = rear = NULL;
prevPtr = currPtr = NULL;
size = 0;
position = -1;
}
#endif //LINKEDLIST_H
栈
只能从一端访问的线性群体，一种后进先出的数据结构。
//Stack.h
#ifndef STACK_H
#define STACK_H
#include <cassert>
template <class T, int SIZE = 50>
class Stack {
private:
T list[SIZE];
int top;
public:
Stack();
void push(const T &item);
T pop();
void clear();
const T &peek() const;
bool isEmpty() const;
bool isFull() const;
};
//模板的实现
template <class T, int SIZE>
Stack<T, SIZE>::Stack() : top(-1) { }
template <class T, int SIZE>
void Stack<T, SIZE>::push(const T &item) {
assert(!isFull());
list[++top] = item;
}
template <class T, int SIZE>
T Stack<T, SIZE>::pop() {
assert(!isEmpty());
return list[top--];
}
template <class T, int SIZE>
const T &Stack<T, SIZE>::peek() const {
assert(!isEmpty());
return list[top]; //返回栈顶元素
}
template <class T, int SIZE>
bool Stack<T, SIZE>::isEmpty() const {
return top == -1;
}
template <class T, int SIZE>
bool Stack<T, SIZE>::isFull() const {
return top == SIZE - 1;
}
template <class T, int SIZE>
void Stack<T, SIZE>::clear() {
top = -1;
}
#endif //STACK_H
队列
- 普通队列
- 循环队列：不需要每次出队后，都要移动元素
//Queue.h
#ifndef QUEUE_H
#define QUEUE_H
#include <cassert>
//类模板的定义
template <class T, int SIZE = 50>
class Queue {
private:
int front, rear, count; //队头指针、队尾指针、元素个数
T list[SIZE]; //队列元素数组
public:
Queue(); //构造函数，初始化队头指针、队尾指针、元素个数
void insert(const T &item); //新元素入队
T remove(); //元素出队
void clear(); //清空队列
const T &getFront() const; //访问队首元素
//测试队列状态
int getLength() const;//求队列长度
bool isEmpty() const;//判断队列空否
bool isFull() const;//判断队列满否
};
//构造函数，初始化队头指针、队尾指针、元素个数
template <class T, int SIZE>
Queue<T, SIZE>::Queue() : front(0), rear(0), count(0) { }
template <class T, int SIZE>
void Queue<T, SIZE>::insert (const T& item) {//向队尾插入元素
assert(count != SIZE);
count++; //元素个数增1
list[rear] = item; //向队尾插入元素
rear = (rear + 1) % SIZE; //队尾指针增1，用取余运算实现循环队列
}
template <class T, int SIZE> T Queue<T, SIZE>::remove() {
assert(count != 0);
int temp = front; //记录下原先的队首指针
count--; //元素个数自减
front = (front + 1) % SIZE;//队首指针增1。取余以实现循环队列
return list[temp]; //返回首元素值
}
template <class T, int SIZE>
const T &Queue<T, SIZE>::getFront() const {
return list[front];
}
template <class T, int SIZE>
int Queue<T, SIZE>::getLength() const { //返回队列元素个数
return count;
}
template <class T, int SIZE>
bool Queue<T, SIZE>::isEmpty() const { //测试队空否
return count == 0;
}
template <class T, int SIZE>
bool Queue<T, SIZE>::isFull() const { //测试队满否
return count == SIZE;
}
template <class T, int SIZE>
void Queue<T, SIZE>::clear() { //清空队列
count = 0;
front = 0;
rear = 0;
}
#endif //QUEUE_H
