第八章_函数模板与类模板

模板函数定义声明摘要：1.模板函数的概念与作用2.模板函数的定义与声明3.模板函数的参数与返回值4.模板函数的实例化与使用5.模板函数的优缺点6.总结正文：在现代编程语言中，模板函数作为一种通用且实用的编程技巧，被广泛应用于各种场景。

本文将详细介绍模板函数的定义、使用以及相关知识点，帮助你更好地理解和运用模板函数。

一、模板函数的概念与作用模板函数，又称模板方法，是一种在编译时多态的技术。

它允许程序员编写一种通用代码，能同时处理不同类型的数据。

通过模板函数，我们可以实现代码的重用，提高程序的灵活性和可维护性。

二、模板函数的定义与声明在C++中，模板函数的定义与普通函数类似，但在声明时需要使用模板关键字`template`。

模板函数的声明通常包含模板参数和函数参数，如下所示：```cpptemplate<typename T>void print_value(T value);```这里，`T`是模板参数，表示任意类型。

`value`是函数参数，用于存储调用函数时传递的实参类型。

三、模板函数的参数与返回值模板函数的参数可以是任意类型，可以是原始类型或引用类型。

返回值类型由模板参数和函数体决定。

在上面的例子中，`print_value`函数没有返回值，因为它只是用于打印传入的值。

四、模板函数的实例化与使用要使用模板函数，首先需要为模板参数指定具体类型。

这个过程称为实例化。

实例化可以通过函数调用或对象创建的方式完成。

以下是一个使用模板函数的示例：```cpp#include <iostream>template<typename T>void print_value(T value) {std::cout << "Value: " << value << std::endl;}int main() {print_value(42); // 实例化模板函数，输出：Value: 42print_value(3.14); // 实例化模板函数，输出：Value: 3.14return 0;}```五、模板函数的优缺点模板函数的优点在于它可以让我们编写一种通用代码，减少重复代码的出现，提高代码的可维护性。

c++函数模板的多类型和多参数C++ 中的函数模板可以定义多类型参数和多普通参数，让同一个函数适用于不同的数据类型及参数组合。

多类型参数的函数模板语法如下：```template <typename T1, typename T2, ...>返回值类型函数名 (参数列表) {// 函数体}```其中 `T1`, `T2` 为类型参数，可以根据需要定义更多类型参数。

在函数体中可以使用类型参数 `T1`, `T2` 等。

例如，定义一个模板函数 `maxValue()`，返回两个数中较大的值。

这个函数模板能够处理各种不同的数据类型，如整型，浮点型等。

```template <typename T>T maxValue(T a, T b) {return a > b ? a : b;}```多参数的函数模板语法如下：```template <typename T1, typename T2, ..., typename TN>返回值类型函数名 (T1 arg1, T2 arg2, ..., TN argn) {// 函数体}```其中 `T1`, `T2`, `TN` 为模板参数，`arg1`, `arg2`, `argn`为普通参数。

在函数体中可以使用模板参数及普通参数。

例如，定义一个模板函数 `sum()`，实现多个数的加法运算。

该函数模板有两个模板参数，一个是数据类型 `T` ，另一个是参数个数`N`。

```template <typename T, int N>T sum(T (&arr)[N]) { //使用引用类型防止数组退化为指针T res = 0;for (int i = 0; i < N; i++) {res += arr[i];}return res;}```以上是函数模板的多类型和多参数使用方法，可以根据具体的需求进行定义与使用。

模板函数定义声明摘要：1.模板函数的定义2.模板函数的声明3.模板函数的使用正文：在C++编程语言中，模板函数是一种可以处理不同类型数据的函数，它允许我们编写一次函数，然后在不同的类型上调用它，从而实现代码复用。

模板函数的定义和声明与普通函数相似，但在函数名前需要添加template 关键字。

一、模板函数的定义模板函数的定义与普通函数定义的语法相似，不同之处在于需要在函数名前添加template 关键字，以及在函数参数列表中使用模板参数。

模板参数通常使用尖括号<T>表示，T 是一个占位符，用于表示任意类型。

例如，定义一个计算两个数之和的模板函数：```cpptemplate<typename T>T add(T a, T b) {return a + b;}```二、模板函数的声明在C++中，模板函数的声明与定义是分开的。

声明模板函数时，只需要在函数名前添加template 关键字，不需要指定具体的模板参数。

这样可以让编译器在调用函数时自动推断参数类型。

例如，声明一个计算两个数之和的模板函数：```cpptemplate<typename T>T add(T a, T b);```三、模板函数的使用要使用模板函数，需要先声明函数，然后在需要调用函数的地方使用模板函数名和具体的类型参数。

这样，编译器可以根据传入的参数类型自动选择正确的函数实现。

例如，使用上面定义的模板函数计算整数3 和5 的和：```cppint main() {int a = 3;int b = 5;int sum = add(a, b);cout << "Sum of a and b is: " << sum << endl;return 0;}```需要注意的是，模板函数的参数类型和返回类型在编译时需要进行类型检查。

如果模板函数的参数类型和返回类型不匹配，编译器会报错。

Python模板函数是一种特殊的函数，它的功能是基于特定的模板来生成新的函数或类。

使用模板函数，我们可以根据特定的需求来创建具有相似功能的函数或类，而不必每次都手动编写相似的代码。

在Python中，模板函数通常使用装饰器或元类来实现。

下面是一个使用装饰器实现模板函数的示例：pythondef template_func(func):def wrapper(*args, **kwargs):print("Before executing the function")result = func(*args, **kwargs)print("After executing the function")return resultreturn wrapper@template_funcdef add(x, y):return x + y@template_funcdef subtract(x, y):return x - y在上面的示例中，我们定义了一个名为template_func的装饰器函数。

它接受一个函数作为参数，并返回一个新的函数wrapper。

在wrapper函数中，我们在执行原始函数之前和之后打印一些信息，并返回原始函数的结果。

接下来，我们定义了两个函数add和subtract，并使用@template_func装饰器将它们包装起来。

这样，当我们调用add或subtract函数时，它们会自动执行我们在template_func 中定义的模板代码。

使用模板函数的好处是，我们可以轻松地重用相同的代码，而不必每次都手动编写相似的代码。

这可以大大减少代码的冗余性，并提高代码的可读性和可维护性。

此外，模板函数还可以帮助我们遵循最佳实践和设计模式，从而提高代码的质量和可重用性。

当然，模板函数也有一些缺点。

例如，如果过度使用模板函数，可能会导致代码的复杂性和可读性降低。

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)。

函数模板与类模板的区别函数模板与类模板有什么区别？答：函数模板的实例化是由编译程序在处理函数调⽤时⾃动完成的，⽽类模板的实例化必须由程序员在程序中显式地指定。

即函数模板允许隐式调⽤和显式调⽤⽽类模板只能显⽰调⽤这期间有涉及到函数模板与模板函数，类模板与模板类的概念（类似于类与类对象的区别）请看下⾯例⼦#include "stdafx.h"#include <iostream>using namespace std;//使⽤模板创建⼀个返回最⼤值的函数//这是⼀个函数模板template <class Type>Type MaxValue(Type a,Type b){if ( a > b){return a;}elsereturn b;}//创建⼀个堆栈模板类//这是⼀个类模板template <class T>class Stack{public:Stack(){ m_nPos = 0;}~Stack(){}void Push(T value);T Pop();bool IsEmpty(){return m_nPos == 0;}bool HasElement(){return !IsEmpty();}bool IsFull(){return m_nPos == STATCK_SIZE;}private:int m_nPos;//使⽤常量表⽰堆栈的⼤⼩const static int STATCK_SIZE = 100;T m_Data[STATCK_SIZE];};//模板类的成员函数实现template <class T>void Stack<T> ::Push(T value){//使⽤后置递增操作符m_Data[m_nPos++] = value;}template <class T>T Stack<T>::Pop(){//使⽤前置递减操作符return m_Data[--m_nPos];}void TestMaxValue(){//隐式调⽤//函数模板的实例化在程序调⽤时⾃动完成cout << MaxValue(100, 204)<< endl;//MaxValue(100, 204)这是⼀个模板函数cout << MaxValue(2.5002,30.003) << endl;//MaxValue(2.5002,30.003)这也是⼀个模板函数//当然由程序员⾃⼰指定也可以//显⽰调⽤cout << MaxValue<int>(10,20) << endl;cout << MaxValue<double>(2.5002,30.003) << endl;}void TestStack(){//测试模板类(整数)Stack <int> intStack;//类模板的实例化由程序员显⽰的指定intStack.Push(10);intStack.Push(20);intStack.Push(30);while (intStack.HasElement()){cout << intStack.Pop() << endl;}//测试模板类(浮点)Stack <float> floatStack;//类模板的实例化由程序员显⽰的指定floatStack.Push(1.001);floatStack.Push(2.002);floatStack.Push(3.003);while (floatStack.HasElement()){cout << floatStack.Pop() << endl;}//测试动态创建对象//Stack创建的指针必须指明类型Stack<int>* pInt = new Stack<int>();类模板的实例化由程序员显⽰的指定pInt->Push(10）；pInt->Push(20);pInt->Push(30);while (pInt->HasElement()){cout << pInt->Pop() << endl;}if ( pInt != NULL){delete pInt;pInt = NULL;}}。

C++泛型编程基本概念详解⽬录1.什么是泛型编程？2.函数模板(1)函数模板概念(2)函数模板格式(3)函数模板的原理(4)函数模板的实例化(5)模板参数的匹配原则3.类模板(1)类模板的定义格式(2)类模板的实例化总结1.什么是泛型编程？⽐如说，我们如何实现⼀个通⽤的交换函数呢？int型、double型、char型的交换void Swap(int& left, int& right){int temp = left;left = right;right = temp;}void Swap(double& left, double& right){double temp = left;left = right;right = temp;}void Swap(char& left, char& right){char temp = left;left = right;right = temp;}......虽然我们可以使⽤函数重载来实现，但是有⼀下⼏个不好的地⽅：（1）重载的函数仅仅只是类型不同，代码的复⽤率⽐较低，当新类型出现时，就需要增加对应的函数。

（2）代码的可维护性⽐较低，⼀个出错可能所有的重载均出错。

泛型编程：编写与类型⽆关的通⽤代码，是代码复⽤的⼀种⼿段。

模板是泛型编程的基础。

包括函数模板和类模板。

前⾯我们介绍的vector,list,map都是⼀种数据结构容器，容器本⾝的存储结构不同，各容器中存在的数据类型也可以不同。

但我们在访问这些容器中数据时，拥有相同的⽅式。

这种⽅式就叫做“泛型编程”，顾名思义，不同的类型采⽤相同的⽅式来操作。

2.函数模板(1)函数模板概念函数模板代表了⼀个函数家族，该函数模板与类型⽆关，在使⽤时被参数化，根据实参类型产⽣函数的特定类型版本。

(2)函数模板格式template<typename T1, typename T2,......,typename Tn>返回值类型函数名(参数列表){}//typename是⽤来定义模板参数关键字，也可以使⽤class(切记：不能使⽤struct代替class)template<typename T>void Swap(T& left , T& right){T temp = left;left = right;right = temp;}(3)函数模板的原理函数模板是⼀个蓝图，它本⾝并不是函数，是编译器通过使⽤⽅式产⽣特定具体类型函数的模具。

第一章测试1【单选题】(20分)#include语句______A.在最后执行B.按照在程序中的位置顺序执行C.总是在程序运行时最先执行D.在程序编译前需要用包含的文件替换，将源文件进行扩展2【单选题】(20分)以下说法正确的是：A.用C++语言书写程序时要注意区分大小写B.用C++语言书写程序时，一个语句可分几行写C.用C++语言书写程序时，每行必须有行号D.用C++语言书写程序时，一行只能写一个语句3【单选题】(20分)以下哪种说法不是C++语言的属性：A.C++语言是面向对象的程序设计语言B.C++语言是非过程的程序设计语言C.C++语言是面向过程的程序设计语言D.C++语言是泛型程序设计语言4【单选题】(20分)C++中，一般使用流对象来输入输出对象，通过以下哪个流对象可以输入一个整数：A.cerrB.coutC.stringD.cin5【多选题】(20分)面向过程的C++的程序结构与C语言一样，是：A.数据结构+算法B.由类构成C.对象+方法D.由函数构成第二章测试1【单选题】(20分)下列哪个是C++语言的有效标识符：A._No1B.intC.12345D.No.12【单选题】(20分)考虑函数原型voidtest(inta,intb=7,char="*"),下面的函数调用中，属于不合法调用的是：A.test(5,8);B.test(6,"#")C.test(0,0,"*");D.test(5);3【单选题】(20分)下列语句中的是：A.int*pointer=newint[10]B.int*pointer=newintC.int*pointer=newint[40](0)D.int*pointer=newint(10)4【单选题】(20分)对引用与指针的区别以下说法的是：A.不存在指向空值的引用，但是存在指向空值的指针。

B.引用初始化以后不能被改变，指针可以改变所指的对象。

一、课程名称及编号1. 课程名称：高等数学2. 课程编号：XXXXXX二、课程性质1. 课程类型：公共基础课/专业基础课2. 适用专业：XX专业、XX专业等三、课程简介1. 课程概述：高等数学是一门研究函数、极限、导数、积分等数学概念的学科，是自然科学、工程技术、经济管理等领域的基础课程。

2. 课程目标：通过本课程的学习，使学生掌握高等数学的基本概念、基本理论和基本方法，提高学生的数学素养和解决实际问题的能力。

四、教学大纲内容1. 第一章：函数与极限1.1 函数的概念及性质1.2 极限的概念及运算法则1.3 无穷小与无穷大1.4 极限的运算法则2. 第二章：导数与微分2.1 导数的概念及运算法则2.2 高阶导数2.3 微分及其应用3. 第三章：不定积分3.1 不定积分的概念及运算法则3.2 积分的换元法3.3 积分的分部积分法4. 第四章：定积分4.1 定积分的概念及性质4.2 定积分的计算方法4.3 定积分的应用5. 第五章：多元函数微分学5.1 多元函数的概念及性质5.2 偏导数与全微分5.3 多元函数的极值问题6. 第六章：多元函数积分学6.1 二重积分6.2 三重积分6.3 曲面积分7. 第七章：无穷级数7.1 无穷级数的概念及收敛性7.2 幂级数7.3 函数展开8. 第八章：常微分方程8.1 常微分方程的概念及分类8.2 常微分方程的解法8.3 常微分方程的应用五、教学方法与手段1. 采用启发式、讨论式教学，引导学生主动思考、积极探索。

2. 结合实例讲解，提高学生的实际应用能力。

3. 利用多媒体教学手段，丰富教学内容，提高教学效果。

六、考核方式1. 平时成绩：平时作业、课堂讨论等占30%2. 期末考试：笔试占70%七、教材与参考书目1. 教材：《高等数学》XX版，作者：XX2. 参考书目：《高等数学辅导与习题集》XX版，作者：XX八、学时安排1. 理论学时：XX学时2. 实践学时：XX学时九、教学进度安排1. 第一周：介绍课程、讲义及教学计划2. 第二周至第XX周：按教学大纲内容进行教学3. 第XX周：复习、巩固所学知识4. 第XX周：期末考试注：以上模板仅供参考，具体教学大纲内容可根据实际情况进行调整。

c++模板函数的定义与声明
C++模板是一种编程技术，它允许程序员编写处理不同数据类型的通用代码。

模板可以分为两类：函数模板和类模板。

这里我们只讨论函数模板。

**函数模板的定义：**
函数模板是一种特殊类型的函数，它可以处理不同的数据类型。

函数模板的定义通常以关键字`template`开始，后面跟着尖括号`<>`，然后在尖括号中列出模板参数。

以下是一个函数模板的示例：
```cpp
template <typename T>
T add(T a, T b) {
return a + b;
}
```
在这个例子中，`T`是一个类型参数，它可以是任何类型（例如int，float，double等）。

函数`add`可以接受两个类型为`T`的参数，并返回它们的和。

**函数模板的声明：**
函数模板的声明通常在头文件中完成，并且通常使用相同的名称，但是后面跟上了波浪线`~`和尖括号`<>`。

例如：
```cpp
template <typename T>
T add(T a, T b); // 函数模板的声明
```
在这个例子中，声明告诉编译器有一个名为`add`的函数模板，它接受两个类型为`T`的参数，并返回一个类型为`T`的结果。

注意，这里的声明与实际的定义可能不在同一个源文件中。

在实际编译时，编译器会在所有的源文件中寻找函数的定义。

如果找不到定义，就会产
生链接错误。

C++模板学习：函数模板、结构体模板、类模板C++模板：函数、结构体、类模板实现1.前⾔：(知道有模板这回事的童鞋请忽视) 普通函数、函数重载、模板函数认识。

//学过c的童鞋们⼀定都写过函数sum吧，当时是这样写的：int sum(int a,int b){return a+b;}//实现了整数的相加//如果再想同时实现⼩数的相加，就再多写个⼩数的相加。

普通实现我就不写了，知道函数重载的童鞋们会这样写：int sum(int a,int b){//第⼀个functionreturn a+b;}double sum(double a,double b){//第⼆个functionreturn a+b;}//这样我们就可以只⽤⼀个sum函数就可以实现整数相加与⼩数相加。

//但是这样我们还是要定义两个函数。

//C++考虑了怎么避免这种重复的操作，代码如下：函数模板的声明。

template <typename T>T sum(T a,T b){return a+b;}//只需要定义⼀个函数与只使⽤⼀个函数实现两数相加。

2.函数、结构体、类模板的定义样例：//函数模板---使⽤体现：调⽤函数时传递的参数类型。

template<class 数据类型参数标识符><返回类型><函数名>(参数表){函数体}//结构体模板---使⽤体现：声明结构元素时 StackNode<类型> s;template<class T>struct StackNode{ struct T data; struct StackNode<T> *next;};//类模板---使⽤体现：声明类对象时 Stack<类型> s;template<class T>class Stack{　public: T pop(); bool push(T e);　private: StackNode<T> *p;}template<class T>//类模板外的成员函数实现T Stack<T>::pop(){...} 其中，template是定义模板函数的关键字；template后⾯的尖括号不能省略；class（或typename)是声明数据类型参数标识符的关键字，⽤以说明它后⾯的标识符是数据类型标识符。

一章测试1【单选题】(2分)()是子类自动共享父类数据结构和方法的机制，这是类之间的一种关系。

A.封装性B.多态性C.继承性D.抽象性2【单选题】(2分)编译时的多态性是通过()来实现的。

A.多态B.重载C.组合D.继承3【单选题】(2分)运行时的多态性是通过()来实现的。

A.静态函数B.虚函数C.纯虚函数D.友元函数4【单选题】(2分)()是对一组具有共同属性特征和行为特征的对象的抽象。

A.静态函数B.成员函数C.类D.对象5【单选题】(2分)()是一个类所描述的一个具体的对象。

A.实例B.对象C.成员函数D.类6【单选题】(2分)()就是从众多的事物中抽取出共同的、本质性的特征，舍弃其非本质的特征。

A.继承B.抽象C.封装D.多态7【单选题】(2分)子类继承了多个父类的数据结构和方法，则称为()。

A.封装B.抽象C.多重继承D.单继承8【单选题】(2分)面向对象设计中，对象就是()，它是把数据结构和操作这些数据的方法紧密地结合在一起所构成的模块。

A.操作B.模块C.方法D.抽象9【单选题】(2分)把面向对象思想应用于软件开发过程中，指导开发活动的系统方法，简称()方法。

A.其它都不对B.面向对象C.面向过程D.面向应用10【多选题】(2分)面向对象程序设计所涉及的术语有类、对象、方法、()和重载。

A.消息B.属性C.数据D.实例第二章测试1【单选题】(2分)大多数C++程序通常包含()头文件，它包含了所有输入/输出操作所需要的信息。

A.string.hB.ostream.hC.iostream.hD.istream.h2【单选题】(2分)运算符<<左边的操作数是()类的一个对象，右边可以是C++的合法表达式。

A.ostreamB.istreamC.ifstreamD.ofstream3【单选题】(2分)()表示标准输出（非缓冲方式）导出程序信息。

A.cerrB.clogC.cinD.cout4【单选题】(2分)()表示标准输出（缓冲方式），导出程序信息。