实验指导书08 函数模板、类模板与STL库

C++进阶课程计划一、课程简介C++是一种广泛使用的编程语言，具有高效、灵活和跨平台的特点。

本课程旨在帮助学员深入理解C++的高级特性和编程技巧，提升编程能力和解决问题的能力。

通过本课程的学习，学员将掌握C++模板、STL、并发编程、性能优化等高级知识，并能够运用这些知识解决实际问题。

二、课程目标1. 掌握C++模板编程，包括函数模板、类模板、模板元编程等。

2. 熟练使用C++标准模板库（STL），包括容器、迭代器、算法和函数对象。

3. 理解并发编程的基本概念，掌握C++11之后的并发编程特性，如线程、互斥量、条件变量等。

4. 学习C++性能优化技巧，提高程序的运行效率。

5. 提升编程能力和解决问题的能力。

三、课程内容3.1 模板编程- 函数模板- 类模板- 模板元编程3.2 STL- 容器：向量、列表、队列、栈、映射、集合等- 迭代器- 算法：排序、查找、替换、转换等- 函数对象：比较函数、谓词、函数适配器等3.3 并发编程- 线程：创建、销毁、线程同步等- 互斥量：互斥锁、递归锁、死锁避免等- 条件变量：条件等待、通知等- 原子操作和内存模型3.4 性能优化- 编译器优化选项- 代码分析工具：如Valgrind、Gprof等- 性能瓶颈分析与优化- 内存管理：动态内存分配、智能指针等四、课程安排4.1 模板编程（2周）- 第1周：函数模板、类模板基础- 第2周：模板元编程、模板特化与偏特化4.2 STL（3周）- 第3周：容器与迭代器- 第4周：STL算法- 第5周：STL函数对象与适配器4.3 并发编程（3周）- 第6周：线程基础与同步- 第7周：互斥量与条件变量- 第8周：原子操作与内存模型4.4 性能优化（2周）- 第9周：编译器优化选项- 第10周：代码分析与性能瓶颈分析五、课程评价课程结束后，将对学员进行考核，包括以下几个方面：1. 模板编程：编写一个模板函数，实现两个数组的排序。

标准库和标准模板库标准库和标准模板库是软件开发中常用的两种库，它们对于提高开发效率、降低重复工作量具有重要作用。

本文将对标准库和标准模板库进行介绍和比较，以帮助开发者更好地理解它们的特点和用途。

标准库。

标准库是指由编程语言提供的一组标准函数和类，用于完成常见的任务和操作。

标准库通常包括输入输出、字符串处理、数学运算、容器类等功能，它们是编程语言的基本组成部分，为开发者提供了丰富的工具和资源。

在C++中，标准库包括C标准库和STL（标准模板库）。

C标准库提供了一系列的函数，如文件操作、内存管理、数学函数等，而STL则提供了容器类、算法和迭代器等模板组件。

开发者可以通过引入标准库来快速完成常见的编程任务，提高代码的可移植性和可维护性。

标准模板库。

标准模板库（STL）是C++标准库的一部分，它包括了一系列通用的模板类和函数，用于实现常见的数据结构和算法。

STL提供了容器类（如vector、list、map 等）、算法（如排序、查找、遍历等）和迭代器等组件，它们可以帮助开发者快速实现各种数据结构和算法，提高代码的重用性和可维护性。

与标准库相比，标准模板库更加注重数据结构和算法的实现，它为开发者提供了丰富的工具和资源，可以帮助他们更加高效地完成编程任务。

同时，STL中的模板类和函数具有通用性和灵活性，可以适应不同的需求和场景，为开发者提供了更多的选择和可能性。

标准库与标准模板库的比较。

标准库和标准模板库都是软件开发中常用的库，它们都为开发者提供了丰富的工具和资源，可以帮助他们更加高效地完成编程任务。

然而，它们也存在一些区别和差异。

首先，标准库更加注重提供通用的函数和类，用于完成常见的任务和操作，如文件操作、字符串处理、数学运算等。

而标准模板库更加注重提供通用的数据结构和算法，用于实现各种数据结构和算法，如容器类、算法和迭代器等。

其次，标准库中的函数和类通常是面向对象的，它们提供了丰富的接口和功能，可以帮助开发者快速完成编程任务。

函数模板的类型参数与函数的参数相同文章标题：深入探讨函数模板的类型参数与函数的参数相同在C++中，函数模板是一种通用的函数模板，它可以在不同的数据类型下进行操作。

函数模板中的类型参数与函数的参数相同，这种设计在编程中扮演着重要的角色。

本文将对函数模板的类型参数与函数的参数相同进行全面评估，并探讨其在编程中的应用和意义。

1. 函数模板的基本概念函数模板是C++中的一种通用函数，它可以接受不同类型的参数并以相同的方式进行操作。

通过在函数定义中使用类型参数，可以创建一个模板，让编译器根据参数的类型自动生成不同的函数。

函数模板的基本语法如下：```template <class T>T max(T a, T b) {return (a > b) ? a : b;}```在上面的例子中，`template <class T>` 定义了类型参数 `T`，函数`max` 接受两个类型为 `T` 的参数，并返回它们中的较大值。

在实际使用中，可以使用不同的数据类型来调用 `max` 函数，比如 `int`、`float`、`double` 等。

2. 类型参数与函数参数相同的意义函数模板中的类型参数与函数的参数相同是非常重要的，它能够提供更灵活的数据操作方式。

通过将类型参数与函数的参数相同，可以使函数模板适用于不同的数据类型，而不需要为每种数据类型都编写一个特定的函数。

这样一来，可以大大减少代码的重复性，提高代码的可维护性和扩展性。

3. 函数模板的类型参数与函数的参数相同的应用在实际的编程中，函数模板的类型参数与函数的参数相同可以应用于各种数据操作场景。

比如在实现容器类的时候，可以使用函数模板来实现通用的数据操作方法。

又或者在算法实现中，函数模板能够让算法适用于不同类型的数据。

在各种库函数的设计中，函数模板也被广泛应用，比如STL中的各种算法和容器都使用了函数模板来实现通用的数据操作。

STL（标准模板库）基本概念⼀、什么是STLSTL（Standard Template Library，标准模板库)的从⼴义上讲分为三类：algorithm（算法）、container（容器）和iterator（迭代器），容器和算法通过迭代器可以进⾏⽆缝地连接。

⼏乎所有的代码都采⽤了模板类和模板函数的⽅式，这相⽐于传统的由函数和类组成的库来说提供了更好的代码重⽤机会。

在C++标准中，STL被组织为下⾯的13个头⽂件：<algorithm>、<deque>、<functional>、<iterator>、<vector>、<list>、<map>、<memory>、<numeric>、<queue>、<set>、<stack> 和<utility>。

STL详细的说六⼤组件– 容器（Container）– 算法（Algorithm）– 迭代器（Iterator）– 仿函数（Function object）– 适配器（Adaptor）– 空间配制器（allocator）使⽤STL的好处1）STL是C++的⼀部分，因此不⽤额外安装什么，它被内建在你的编译器之内。

2）STL的⼀个重要特点是数据结构和算法的分离。

尽管这是个简单的概念，但是这种分离确实使得STL变得⾮常通⽤。

例如，在STL的vector容器中，可以放⼊元素、基础数据类型变量、元素的地址；STL的sort()函数可以⽤来操作vector,list等容器。

1）程序员可以不⽤思考STL具体的实现过程，只要能够熟练使⽤STL就OK了。

这样他们就可以把精⼒放在程序开发的别的⽅⾯。

2） STL具有⾼可重⽤性，⾼性能，⾼移植性，跨平台的优点。

⾼可重⽤性：STL中⼏乎所有的代码都采⽤了模板类和模版函数的⽅式实现，这相⽐于传统的由函数和类组成的库来说提供了更好的代码重⽤机会。

C++Template基础篇（⼀）：函数模板详解Template所代表的泛型编程是C++语⾔中的重要的组成部分，我将通过⼏篇blog对这半年以来的学习做⼀个系统的总结，本⽂是基础篇的第⼀部分。

为什么要有泛型编程C++是⼀门强类型语⾔，所以⽆法做到像动态语⾔（python javascript）那样⼦，编写⼀段通⽤的逻辑，可以把任意类型的变量传进去处理。

泛型编程弥补了这个缺点，通过把通⽤逻辑设计为模板，摆脱了类型的限制，提供了继承机制以外的另⼀种抽象机制，极⼤地提升了代码的可重⽤性。

注意：模板定义本⾝不参与编译，⽽是编译器根据模板的⽤户使⽤模板时提供的类型参数⽣成代码，再进⾏编译，这⼀过程被称为模板实例化。

⽤户提供不同的类型参数，就会实例化出不同的代码。

函数模板定义把处理不同类型的公共逻辑抽象成函数，就得到了函数模板。

函数模板可以声明为inline或者constexpr的，将它们放在template之后，返回值之前即可。

普通函数模板下⾯定义了⼀个名叫compare的函数模板，⽀持多种类型的通⽤⽐较逻辑。

template<typename T>int compare(const T& left, const T& right) {if (left < right) {return -1;}if (right < left) {return 1;}return 0;}compare<int>(1, 2); //使⽤模板函数成员函数模板不仅普通函数可以定义为模板，类的成员函数也可以定义为模板。

class Printer {public:template<typename T>void print(const T& t) {cout << t <<endl;}};Printer p;p.print<const char*>("abc"); //打印abc为什么成员函数模板不能是虚函数(virtual)？这是因为c++ compiler在parse⼀个类的时候就要确定vtable的⼤⼩，如果允许⼀个虚函数是模板函数，那么compiler就需要在parse这个类之前扫描所有的代码，找出这个模板成员函数的调⽤（实例化），然后才能确定vtable的⼤⼩，⽽显然这是不可⾏的，除⾮改变当前compiler的⼯作机制。

STL六⼤组件容器（Container）算法（Algorithm）迭代器（Iterator）仿函数（Function object）适配器（Adaptor）空间配置器（allocator）1、容器作为STL的最主要组成部分－－容器，分为向量（vector），双端队列(deque)，表(list)，队列（queue），堆栈(stack)，集合(set)，多重集合(multiset)，映射(map)，多重映射(multimap)。

容器特性所在头⽂件<vector>向量vector可以⽤常数时间访问和修改任意元素，在序列尾部进⾏插⼊和删除时，具有常数时间复杂度，对任意项的插⼊和删除就有的时间复杂度与到末尾的距离成正⽐，尤其对向量头的添加和删除的代价是惊⼈的⾼的<deque>双端队列deque基本上与向量相同，唯⼀的不同是，其在序列头部插⼊和删除操作也具有常量时间复杂度<list>表list对任意元素的访问与对两端的距离成正⽐，但对某个位置上插⼊和删除⼀个项的花费为常数时间。

<queue>队列queue插⼊只可以在尾部进⾏，删除、检索和修改只允许从头部进⾏。

按照先进先出的原则。

<stack>堆栈stack堆栈是项的有限序列，并满⾜序列中被删除、检索和修改的项只能是最近插⼊序列的项。

即按照后进先出的原则<set>集合set由节点组成的红⿊树，每个节点都包含着⼀个元素，节点之间以某种作⽤于元素对的谓词排列，没有两个不同的元素能够拥有相同的次序，具有快速查找的功能。

但是它是以牺牲插⼊删除操作的效率为代价的<set>多重集合multiset和集合基本相同，但可以⽀持重复元素具有快速查找能⼒<map>映射map由{键，值}对组成的集合，以某种作⽤于键对上的谓词排列。

具有快速查找能⼒<map>多重集合multimap⽐起映射，⼀个键可以对应多了值。

C++模板详解（⼀）C++模板 模板是C++⽀持参数化多态的⼯具，使⽤模板可以使⽤户为类或者函数声明⼀种⼀般模式，使得类中的某些数据成员或者成员函数的参数、返回值取得任意类型。

模板是⼀种对类型进⾏参数化的⼯具； 通常有两种形式：函数模板和类模板； 函数模板针对仅参数类型不同的函数； 类模板针对仅数据成员和成员函数类型不同的类。

使⽤模板的⽬的就是能够让程序员编写与类型⽆关的代码。

⽐如编写了⼀个交换两个整型int 类型的swap函数，这个函数就只能实现int 型，对double，字符这些类型⽆法实现，要实现这些类型的交换就要重新编写另⼀个swap函数。

使⽤模板的⽬的就是要让这程序的实现与类型⽆关，⽐如⼀个swap模板函数，即可以实现int 型，⼜可以实现double型的交换。

模板可以应⽤于函数和类。

下⾯分别介绍。

注意：模板的声明或定义只能在全局，命名空间或类范围内进⾏。

即不能在局部范围，函数内进⾏，⽐如不能在main函数中声明或定义⼀个模板。

⼀、函数模板通式1、函数模板的格式： template <class形参名，class形参名，......> 返回类型函数名(参数列表) { 函数体 } 其中template和class是关见字，class可以⽤typename 关见字代替，在这⾥typename 和class没区别，<>括号中的参数叫模板形参，模板形参和函数形参很相像，模板形参不能为空。

⼀但声明了模板函数就可以⽤模板函数的形参名声明类中的成员变量和成员函数，即可以在该函数中使⽤内置类型的地⽅都可以使⽤模板形参名。

模板形参需要调⽤该模板函数时提供的模板实参来初始化模板形参，⼀旦编译器确定了实际的模板实参类型就称他实例化了函数模板的⼀个实例。

⽐如swap的模板函数形式为 template <class T> void swap(T& a, T& b){}，当调⽤这样的模板函数时类型T就会被被调⽤时的类型所代替，⽐如swap(a,b)其中a和b是int 型，这时模板函数swap中的形参T就会被int 所代替，模板函数就变为swap(int &a, int &b)。

计算机系公共必修课课程名称：C++面向对象编程课程代码：CC1002计划学时：68 学分：4课程性质：必修、考试面向专业：计算机科学与技术、物联网工程课程负责人：蔡木生一、课程的性质、地位和作用本课程是计算机科学与技术、物联网工程专业的必修课，也是《C语言程序设计》的后续课程。

通过本课程的教学，既要让学生回忆、复习《C语言程序设计》中学过的面向过程内容，又要掌握面向对象程序设计的基本概念和基础知识，了解Windows编程的基础知识，为专业课程的学习奠定基础。

二、教学目的和要求在《C语言程序设计》教学中已讲授过：数据类型与表达式、程序控制语句、数组、函数与预处理、结构体、指针、文件等基础知识，一个假期之后，学生对很多内容可能忘记了，况且对这些知识点的理解、应用不是一件容易的事情，所以，回忆、复习C语言中的基本知识点，并加以运用，是本课程教学的第一个目的。

C++语言虽然源于C语言，但两者之间毕竟有较大的差异，即使是面向过程的程序也是如此，所以，本课程的第二个目的是让学生明白C++与C的差异，能够使用更加简便、安全的C++语句编程(例如：输入输出语句、函数重载等)，为学生通过计算机等级考试打基础；C++的优势在于进行面向对象程序设计，本课程主要讲授：类与对象、类的静态成员、类的友元、运算符重载、继承与派生、虚函数与多态性、文件与输入输出流、异常处理、模板和STL等，让学生逐步理解、熟悉这些知识点，并学会使用UML表示类、对象的关系，这是本课程教学的第三个目的。

仅掌握C++的语法知识还是不够的，更重要的是培养学生运用面向对象方法分析问题、编写代码、调试运行的能力，这是本课程的第四个目的，其难度最大。

为实现这一目标，我们要求学生要进行大量练习，除了在大小课、书面作业中给出或要求学生动手编写一些程序外，还要学习Windows程序设计的初步知识，要求学生能够将所学知识应用于编程实践，提高学习兴趣，为VC++学习打下基础。

C++面向对象程序设计实验指导书（第三版）（适用于理工科）学号:姓名:班级:指导老师:计算机系2019年7月实验1 C++程序的运行环境和运行C++程序的方法一、实验目的和要求1.熟悉VS2015的集成开发环境；2.学会使用VS2015编辑、编译、连接和运行C++程序；3.通过运行简单的C++程序，初步了解C++源程序的结构和特点；4.学会使用简单的输入输出操作。

二、实验内容1.编辑、编译、连接和运行以下的C++程序#include<iostream>using namespace std;int main(){cout<<"Hello!\n";cout<<"This is a program."<<endl;return 0;}2.编译下列程序，改正所出现的错误信息，并写出输出结果。

(1)#include<iostream>using namespace std;int main(){cin>>a;int b=3*a;cout<<"b=<<b<<\n";return 0;}(2)int main(){cout<<"Hello!\n";cout<<"Welcome to C++!";}(3)#include<iostream>using namespace std;int main(){int x,y;x=5;y=6;int z=x*y;cout<<"x*y="<<z<<endl;return 0;}3.请填空完成以下程序，并上机调试正确，写出运行结果。

#include<iostream>using namespace std;int add(int a,int b);int main(){int x,y,sum;cout<<"Enter two numbers:”<<’\n’;//在下划线处填上语句，完成用cin读入x和y__________________________________________sum=add(x,y);cout<<”The sum is:”<<sum<<’\n’;return 0;}int add(int a,int b){//在下划线处填上语句，完成计算a与b的和并返回之_________________________}实验2 C++简单程序设计练习一、实验目的和要求1.进一步熟悉VS2015的集成开发环境。

高级语言程序设讨(C++)课程考核大纲一、适应对象修读完本课程规定内容的光电信息科学与工程、电子科学与技术专业的本科生；提出并获准免修本课程、申请进行课程水平考核的光电信息科学与工程、电子科学与技术专业的本科生；提出并获准副修第二专业、申请进行课程水平考核的非光电信息科学与工程、非电子科学与技术专业的本科生。

二' 考核目的考核学生分析问题的方法和基本问题的解决能力，掌握C++语言的基本内容及程序设计的基本方法与编程技巧情况，以及C++高级语言的实际操作和应用等综合能力。

三' 考核形式与方法基于本课程应用性、工程实践性强的特点，考核方式将结合平时作业、上机实验、期末工程设计的各个环节。

使学生能够注重平时学习的过程，改变学生从应试型到能力型。

考试内容侧重于知识的综合应用。

突出平时课堂表现与实践环节，平时成绩含课堂表现、作业完成质量；实践环节含实验方案设计、实验操作、实验结果分析与报告完成质量。

四' 课程考核成绩构成考核成绩构成：平时作业(30%) +上机实验(30%) +期末工程设计(40%)五、考核内容与要求(-)理论知识考核内容及要求第1章面向对象程序设计概述考核内容：1.1面向对象程序设计的基本概念面向对象程序设计的基本特性及其优点考核要求：掌握面向对象程序设计的基本概念、基本特性。

第2章C++基础考核内容：2.1C++源程序的结构C++源程序调试的基本步骤2.2标识符基本数据类型2.3C++语句数据的简单输入和输出2.4C++中标识符的作用域C++对传统C语言的一些扩充考核要求：掌握C++源程序的结构、基础及调试的基本步骤。

第3章类与对象考核内容：3.1类和对象的定义this 指针3.2构造函数与析构函数const对象和const成员函数3.3对象数组静态成员3.4友员指向类成员的指针考核要求：掌握类和对象的定义、指针及作用。

第4章继承性考核内容：4.1继承性概述继承与派生4.2单继承多继承4.3派生类中的成员重定义支配规那么、赋值兼容规那么与二义性4.4虚基类考核要求：掌握继承性的概念及类型。