Day8-3 C++模板编程（2025.03.31）
1. 模板基础概念
模板类型：
- 函数模板（生成模板函数）
- 类模板（生成模板类）
- 变量模板（C++14引入）
核心特点：
- 编译期代码生成
- 类型安全的多态
- 减少代码重复
2 .函数模板详解
基本语法：
template <typename T> // 或 template <class T>
T max(T a, T b) {return a > b ? a : b;
}
使用示例：
void template_demo() {cout << max(1, 2); // 类型推导cout << max<double>(1.5, 2); // 显式指定类型
}
数组处理技巧：
template <typename T, size_t N>
void printArray(T (&arr)[N]) {for (size_t i = 0; i < N; ++i) {cout << arr[i] << " ";}
}
3. 类模板实战
基本实现：
template <class T, size_t SIZE>
class MyArray {
public:T& operator[](size_t index) {return data[index];}
private:T data[SIZE];
};
标准库对比：
void array_compare() {MyArray<int, 5> myArr;std::array<int, 5> stdArr; // 更完善的实现
}
4 .模板高级特性
类型别名：
template<typename T>
using Vec = std::vector<T>;Vec<int> v; // 等价于 std::vector<int>
非类型模板参数：
template<int N>
struct Factorial {static const int value = N * Factorial<N-1>::value;
};template<>
struct Factorial<0> {static const int value = 1;
};
**完整代码示例 **
#include <functional>
#include <algorithm>
#include <array>
#include <iostream>/*
模板模板的内容非常多，是类的好多倍，这里只做了解
感兴趣可以阅读《C++程序设计语言》有关模板的章节（比《C++ Primer》详细），足够掌握基本的模板用法
如果想成为模板专家，请阅读《C++ templates 第二版》，提供了所有的细节写好模板更多的是奇技淫巧，以及对C和C++语言的详细掌握，那是类库编写者的工作
我们应该关注业务逻辑，主要的工具还是C++基础和面向对象的知识，以及标准库
*//*
函数模板和类模板成员函数的定义应放在头文件中
*//*
函数模板 或 模板函数
*/
template <typename T> // typename 可以用 class 替换
bool less(const T& l, const T& r)
{return l < r;
}
void less_demo()
{less(1, 2); // T 为 intless(1.0, 2.0); // T 为 doubleless<std::string>("abc", "abd"); // 强制 T 为 std::string
}
/*
这个例子充当排序的可调用对象
其实标准库有实现好的 std::less 在头文件 <functional>
只不过它是用类重载operator()实现的
*/
void i_don_t_want_to_reimplement_less()
{int a[10]{ 0, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 };// std::begin(a) == a// std::end(a) == a + 10// std::less<int>() 构造一个右值，它是一个可调用对象std::sort(std::begin(a), std::end(a), std::less<int>());
}
// 以上的 std::end 是怎么实现的呢，它怎么知道要 + 10，问题是如何获取数组的尺寸
void array_type()
{int a[10]{};// 对于强类型的C++而言，数组的尺寸也是类型的一部分using T = decltype(a); // T 是 int[10];// 如何声明数组的引用，不知道怎么写就借助 auto 的力量auto& ra = a; // ra 的类型为 int (&)[10]，即绑定到数组的引用
}
// 打印数组的尺寸，这里体现了模板在编译时的强大
template <typename T, unsigned int ARRAY_SIZE> // T 称为类型参数，ARRAY_SIZE称为非类型参数
void print_array_size(T (&)[ARRAY_SIZE]) // 用引用绑定到数组，尺寸使用非类型参数
{std::cout << "The size of array is: " << ARRAY_SIZE << std::endl;
}int main()
{int a[10];print_array_size(a);// 抛开模板，怎么做？int array_size1 = sizeof(a) / sizeof(*a);// 或int array_size2 = sizeof(a) / sizeof(a[0]);
}/*
类模板 或 模板类
*/
template <class T, unsigned int SIZE>
class MyArray
{
};
void myarray_demo()
{MyArray<int, 10> array;
}
/*
标准库实现了std::array
*/
void stdarray_demo()
{std::array<int, 10> array;
}/*
using 的用法
1. 引用命名空间里的东西 比如 using namespace std;
2. 声明类型别名，比如 using T = decltype(main);
*/Day8-4 C++语法知识复习（2025.03.31）
1. 运算符重载回顾
常见重载场景：
| 运算符 | 典型应用 | 返回值建议 |
|---|---|---|
+ - * / | 数学运算 | 值类型 |
= | 赋值操作 | 左值引用 |
<< >> | 流操作 | 流引用 |
() | 函数对象 | 任意 |
[] | 容器访问 | 引用 |
2.现代枚举系统
传统枚举问题：
enum Color { Red, Green }; // 污染全局命名空间
int Red = 5; // 冲突！
枚举类优势：
enum class Weekday : uint8_t { Monday = 1,Tuesday // 自动递增
};void use_enum() {Weekday day = Weekday::Monday;uint8_t value = static_cast<uint8_t>(day); // 需要显式转换
}
3. 断言机制详解
断言类型对比：
| 类型 | 检查时机 | 头文件 | 示例 |
|---|---|---|---|
assert | 运行时 | <cassert> | assert(ptr != nullptr) |
static_assert | 编译时 | 语言内置 | static_assert(sizeof(int)==4) |
最佳实践：
constexpr int BUFFER_SIZE = 1024;
static_assert(BUFFER_SIZE > 0, "Buffer size must be positive");void safe_operation() {int* ptr = get_pointer();assert(ptr && "Pointer cannot be null");
}
4. 数值字面量增强
现代字面量语法：
int decimal = 1'000'000; // 千分位分隔
int hex = 0xFF'FF'FF; // 颜色值
int binary = 0b1010'0101; // 二进制
double sci = 1.23e-10; // 科学计数法
5. 字符系统
字符类型对比：
| 类型 | 大小 | 编码 | 字符串类型 | 输出流 |
|---|---|---|---|---|
char | 1字节 | ASCII | std::string | std::cout |
wchar_t | 2/4字节 | Unicode | std::wstring | std::wcout |
char16_t | 2字节 | UTF-16 | std::u16string | - |
char32_t | 4字节 | UTF-32 | std::u32string | - |
6.附录：模板元编程入门
// 编译期计算斐波那契数列
template<int N>
struct Fibonacci {static const int value = Fibonacci<N-1>::value + Fibonacci<N-2>::value;
};template<>
struct Fibonacci<0> { static const int value = 0; };template<>
struct Fibonacci<1> { static const int value = 1; };static_assert(Fibonacci<5>::value == 5, "Compile-time check");
7. 完整测试代码
#include <cassert>
#include <type_traits>/*
查漏补缺
*//*
运算符重载存在于C++的每个角落，要习惯1. + - * / 数值运算符，服务于数学类型2. = 赋值运算符，比如拷贝赋值，移动赋值，或者其他类型向该类型赋值3. << >> 流输出和流输入，多用于打印，或转为字符串4. () 可调用对象，供容器、算法、线程等库使用5. [] 下标运算符，供容器使用，比如std::map(有序树)，std::unordered_map(哈希表)有重载，用于访问键值对6. -> ++ -- 实现行为像指针的类，比如智能指针，迭代器7. new delete 自己实现内存分配和释放，除非你是内存管理专家8*. operator"" 可以为数学值添加“单位” https://zhuanlan.zhihu.com/p/111369693
*//*
数值类型补充C++14起，可以使用二进制数值字面值 以0b打头。
常用的还有十六进制，以0x打头。
*/
int bin_a = 0b0101;
int hex_a = 0xFF;
/*
数值字面值可以添加 ' 以提高可读性
*/
int bin_b = 0b0101'0101;
int b = 12'3456'7890;/*
枚举
enum关键字，本质定义了一个命名的常量
也称为 弱枚举，
*/
enum Color // 默认用 int 实现，可以修改
{Red, // 默认从 0 开始，可以修改Blue, // 自动从上一个累加 1，如果上一个是 0，该值为 1
};
/*
枚举类
enum class关键字，定义了有范围的枚举，本质加了命名空间，以及增强了类型（不可以隐式转换为实现类型）
也称为 强枚举，范围枚举
*/
enum class Weekend : unsigned short // 修改默认实现类型
{Saturday = 6,Sunday, // 7
};
// 编译器实际上把该强枚举翻译为命名空间里的常量
namespace _Weekend
{const unsigned short Saturday = 6;const unsigned short Sunday = 7;
}
void enum_demo()
{Color r = Color::Red;// underlying_type_t 可以查看枚举和枚举类的实现类型using Tc = std::underlying_type_t<Color>; // intint ir = r; // 隐式转为 整型Weekend w = Weekend::Saturday;using Tw = std::underlying_type_t<Weekend>; // unsigned shortint iw = (int)w; // 无法隐式转换，需要显式转换// 枚举多见于 if else / switch case 做匹配switch (w){case Weekend::Saturday:// ...break;case Weekend::Sunday:// ...break;}
}/*
窄字符与宽字符
窄字符，ANSI编码，即普通 ASCII 字符，用 char 表示，对应的C++字符串为 std::string，对应的标准输出为 std::cout
宽字符，Unicode编码，用 wchar_t 表示，对应的C++字符串为 std::wstring，对应的标准输出为 std::wcout
*//*
断言 用来写测试
包含头文件 <cassert>
*/
void assert_test()
{// 运行时断言int a = 1; // 变量，运行时赋值assert(a == 1);// 变量不可以做栈数组的尺寸，但可以做堆数组的// 编译时断言const int b = 1; // 使用 const 声明常量，编译时赋值static_assert(b == 1);int array1[b]; // 常量才能做栈数组的尺寸constexpr int c = 1; // 使用 constexpr 声明编译时常量（比const更强的编译时要求），编译时赋值static_assert(c == 1);int array2[c]; // 编译时常量更有资格做栈数组的尺寸
}
