第13章模板與命名空間

1、第第1313章章 模板與命名空間模板與命名空間模板是模板是C+的另一個(gè)重要的技術(shù)，它支持參數(shù)化多態(tài)性。參的另一個(gè)重要的技術(shù)，它支持參數(shù)化多態(tài)性。參數(shù)化多態(tài)性是指將一段程序所處理的對(duì)象類型參數(shù)化。數(shù)化多態(tài)性是指將一段程序所處理的對(duì)象類型參數(shù)化。利用模板技術(shù)可以使程序處理某個(gè)類型范圍之內(nèi)的各種利用模板技術(shù)可以使程序處理某個(gè)類型范圍之內(nèi)的各種類型的對(duì)象，這樣就實(shí)現(xiàn)了高效率的代碼重用。類型的對(duì)象，這樣就實(shí)現(xiàn)了高效率的代碼重用。13.1 13.1 模板的概念與作用模板的概念與作用模板使函數(shù)和類的處理對(duì)象參數(shù)化，這樣的目的是使代碼具模板使函數(shù)和類的處理對(duì)象參數(shù)化，這樣的目的是使代碼具有通用性，所以模板是實(shí)

2、現(xiàn)代碼重用機(jī)制的一種有效的有通用性，所以模板是實(shí)現(xiàn)代碼重用機(jī)制的一種有效的工具。工具。13.1.1 13.1.1 模板的概念模板的概念在程序中，某個(gè)程序的功能一般是針對(duì)某種特定類型的，此在程序中，某個(gè)程序的功能一般是針對(duì)某種特定類型的，此時(shí)這個(gè)程序只能對(duì)這種數(shù)據(jù)類型進(jìn)行處理。如果將這種特時(shí)這個(gè)程序只能對(duì)這種數(shù)據(jù)類型進(jìn)行處理。如果將這種特定的數(shù)據(jù)類型說(shuō)明為參數(shù)，則這個(gè)加以修改后可以處理不定的數(shù)據(jù)類型說(shuō)明為參數(shù)，則這個(gè)加以修改后可以處理不同的數(shù)據(jù)類型，此時(shí)這個(gè)程序就可以被改造為模板。同的數(shù)據(jù)類型，此時(shí)這個(gè)程序就可以被改造為模板。13.1.2 13.1.2 模板的作用模板的作用為什么要使用模板呢？這

3、是首先需要了解的問(wèn)題。下面通過(guò)為什么要使用模板呢？這是首先需要了解的問(wèn)題。下面通過(guò)實(shí)際的例子來(lái)說(shuō)明使用模板的必要性。實(shí)際的例子來(lái)說(shuō)明使用模板的必要性。13.2 13.2 函數(shù)模板函數(shù)模板函數(shù)模板是一類可以被實(shí)例化的特殊函數(shù)，通過(guò)它可以操作函數(shù)模板是一類可以被實(shí)例化的特殊函數(shù)，通過(guò)它可以操作通用類型的數(shù)據(jù)。函數(shù)模板所處理的數(shù)據(jù)類型都是通過(guò)通用類型的數(shù)據(jù)。函數(shù)模板所處理的數(shù)據(jù)類型都是通過(guò)參數(shù)來(lái)體現(xiàn)的。在函數(shù)模板實(shí)例化的過(guò)程中，才將這些參數(shù)來(lái)體現(xiàn)的。在函數(shù)模板實(shí)例化的過(guò)程中，才將這些參數(shù)具體為一種特定的數(shù)據(jù)類型。通過(guò)這樣的處理方式參數(shù)具體為一種特定的數(shù)據(jù)類型。通過(guò)這樣的處理方式，在定義函數(shù)時(shí)不必為每

4、種數(shù)據(jù)類型都編寫(xiě)重復(fù)類似的，在定義函數(shù)時(shí)不必為每種數(shù)據(jù)類型都編寫(xiě)重復(fù)類似的代碼。模板中表示數(shù)據(jù)類型的參數(shù)稱為模板參數(shù)，這是代碼。模板中表示數(shù)據(jù)類型的參數(shù)稱為模板參數(shù)，這是一種特殊的參數(shù)，它能傳遞一種數(shù)據(jù)類型。一種特殊的參數(shù)，它能傳遞一種數(shù)據(jù)類型。13.2.1 13.2.1 函數(shù)模板的定義和使用函數(shù)模板的定義和使用聲明一個(gè)函數(shù)模板參數(shù)類型的具體格式如下。聲明一個(gè)函數(shù)模板參數(shù)類型的具體格式如下。 template 返回類型返回類型 函數(shù)名函數(shù)名( (函數(shù)形參表函數(shù)形參表););或者：或者：template 返回類型返回類型 函數(shù)名函數(shù)名( (函數(shù)形函數(shù)形參表參表););13.2.2 13.2.2

5、重載模板函數(shù)重載模板函數(shù)模板函數(shù)雖然能針對(duì)眾多的類型，但是也不能針對(duì)所有的類模板函數(shù)雖然能針對(duì)眾多的類型，但是也不能針對(duì)所有的類型。所以在必要的時(shí)候，還是需要重寫(xiě)類似函數(shù)。模板型。所以在必要的時(shí)候，還是需要重寫(xiě)類似函數(shù)。模板函數(shù)也可以象普通函數(shù)一樣被重載。對(duì)于模板函數(shù)函數(shù)也可以象普通函數(shù)一樣被重載。對(duì)于模板函數(shù)GetMax( )( )，無(wú)法處理，無(wú)法處理char*類型的字符串。類型的字符串。 13.3 13.3 類模板類模板類模板是將類所處理的對(duì)象類型參數(shù)化。它使得類中的某些類模板是將類所處理的對(duì)象類型參數(shù)化。它使得類中的某些數(shù)據(jù)成員的參數(shù)和返回值能取任意數(shù)據(jù)類型。數(shù)據(jù)成員的參數(shù)和返回值能取任

6、意數(shù)據(jù)類型。13.4 13.4 命名空間命名空間命名空間是命名空間是ANSIC+引入的、可以由用戶命名的作用域，引入的、可以由用戶命名的作用域，用來(lái)處理程序中常見(jiàn)的同名沖突。用來(lái)處理程序中常見(jiàn)的同名沖突。13.4.1 13.4.1 程序中的命名沖突分析程序中的命名沖突分析在前面講解函數(shù)時(shí)，簡(jiǎn)單學(xué)習(xí)了在前面講解函數(shù)時(shí)，簡(jiǎn)單學(xué)習(xí)了C+語(yǔ)言中的變量作用域。語(yǔ)言中的變量作用域。在在C+中，作用域包括文件作用域、函數(shù)作用域、復(fù)合語(yǔ)中，作用域包括文件作用域、函數(shù)作用域、復(fù)合語(yǔ)句作用域和類作用域等。在不同的作用域中，定義具有句作用域和類作用域等。在不同的作用域中，定義具有相同名字的變量是合法的，它們是互不干

7、擾的，編譯系相同名字的變量是合法的，它們是互不干擾的，編譯系統(tǒng)可以區(qū)分并正確使用它們。在統(tǒng)可以區(qū)分并正確使用它們。在C+中，由于體系較為龐中，由于體系較為龐大，對(duì)變量等的定義和引用可能會(huì)產(chǎn)生同名現(xiàn)象，從而大，對(duì)變量等的定義和引用可能會(huì)產(chǎn)生同名現(xiàn)象，從而導(dǎo)致命名的重復(fù)和引用的不確定性。下面分析幾種較為導(dǎo)致命名的重復(fù)和引用的不確定性。下面分析幾種較為常見(jiàn)的命名沖突現(xiàn)象。常見(jiàn)的命名沖突現(xiàn)象。1相同的全局變量的命名相同的全局變量的命名2名字沖突。名字沖突。3全局命名空間污染全局命名空間污染13.4.2 13.4.2 命名空間的概念命名空間的概念對(duì)于程序中的命名沖突問(wèn)題，對(duì)于程序中的命名沖突問(wèn)題，C語(yǔ)言

8、和早期的語(yǔ)言和早期的C+語(yǔ)言沒(méi)有語(yǔ)言沒(méi)有提供有效的機(jī)制來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。直到提供有效的機(jī)制來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。直到ANSI C+的誕生的誕生，利用命名空間來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。命名空間是，利用命名空間來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。命名空間是ANSI C+引入的可以由用戶命名的作用域，用來(lái)處理程序中常見(jiàn)引入的可以由用戶命名的作用域，用來(lái)處理程序中常見(jiàn)的同名沖突。的同名沖突。13.4.3 13.4.3 命名空間的使用命名空間的使用通過(guò)前面的學(xué)習(xí)可以知道，在引用命名空間成員時(shí)，要用命通過(guò)前面的學(xué)習(xí)可以知道，在引用命名空間成員時(shí)，要用命名空間名和作用域分辨符對(duì)命名空間成員進(jìn)行引用限定名空間名和作用域分辨符對(duì)命名空間成員進(jìn)行引用

9、限定，以區(qū)別不同的命名空間中的同名標(biāo)識(shí)符。使用命名空，以區(qū)別不同的命名空間中的同名標(biāo)識(shí)符。使用命名空間，主要有以下幾種使用方法。間，主要有以下幾種使用方法。1命名空間的別名命名空間的別名2使用使用using引入命名空間中的成員引入命名空間中的成員3使用使用using namespace引入命名空間引入命名空間4無(wú)名的命名空間無(wú)名的命名空間13.4.4 13.4.4 標(biāo)準(zhǔn)命名空間標(biāo)準(zhǔn)命名空間stdstdC+定義了標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)也需要解決與其他庫(kù)的命名沖突定義了標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)也需要解決與其他庫(kù)的命名沖突問(wèn)題。為此，問(wèn)題。為此，C+將標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中所有的成員放在一個(gè)名字為將標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中所有的成員放在一個(gè)名字為

10、std的命名空間中。的命名空間中。std是是standard（標(biāo)準(zhǔn)）的縮寫(xiě)形式，（標(biāo)準(zhǔn)）的縮寫(xiě)形式，它表示命名空間中存放的是與標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)有關(guān)的內(nèi)容。標(biāo)準(zhǔn)它表示命名空間中存放的是與標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)有關(guān)的內(nèi)容。標(biāo)準(zhǔn)頭文件中的各種類、函數(shù)、對(duì)象和類模板等都被包含在頭文件中的各種類、函數(shù)、對(duì)象和類模板等都被包含在此命名空間中。此命名空間中。13.4.5 C+13.4.5 C+頭文件的使用頭文件的使用在在C和和C+中都有頭文件，它相當(dāng)于一本書(shū)的目錄，其主要中都有頭文件，它相當(dāng)于一本書(shū)的目錄，其主要作用是為用戶提供調(diào)用而實(shí)現(xiàn)的外部接口。例如，一些作用是為用戶提供調(diào)用而實(shí)現(xiàn)的外部接口。例如，一些廠商開(kāi)發(fā)的庫(kù)不對(duì)外公開(kāi)代碼

11、，那么開(kāi)發(fā)者如何才能了廠商開(kāi)發(fā)的庫(kù)不對(duì)外公開(kāi)代碼，那么開(kāi)發(fā)者如何才能了解庫(kù)中的內(nèi)容？這就要通過(guò)頭文件來(lái)了解。解庫(kù)中的內(nèi)容？這就要通過(guò)頭文件來(lái)了解。1C語(yǔ)言風(fēng)格的頭文件語(yǔ)言風(fēng)格的頭文件2C+中的新頭文件風(fēng)格中的新頭文件風(fēng)格13.5 13.5 本章實(shí)例本章實(shí)例約瑟夫（約瑟夫（josephus）問(wèn)題：假設(shè)有）問(wèn)題：假設(shè)有n個(gè)小孩坐成一個(gè)環(huán)，假個(gè)小孩坐成一個(gè)環(huán)，假如從第一個(gè)小孩開(kāi)始數(shù)，如果數(shù)到如從第一個(gè)小孩開(kāi)始數(shù)，如果數(shù)到m個(gè)小孩，則該小該離個(gè)小孩，則該小該離開(kāi)，問(wèn)最后留下的小孩是第幾個(gè)小孩？開(kāi)，問(wèn)最后留下的小孩是第幾個(gè)小孩？13.6 13.6 小結(jié)小結(jié)本章主要講述了模板的使用以及命名空間的使用。模板是實(shí)本章主要講述了模板的使用以及命名空間的使用。模板是實(shí)現(xiàn)代碼重用機(jī)制的一種工具，它可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)類型化，現(xiàn)代碼重用機(jī)制的一種工具，它可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)類型化，即把類型定義為參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)真正的代碼可重用性。即把類型定義為參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)真正的代碼可重用性。模板可分為函數(shù)模板和類模板。其中，函數(shù)模板是一種模板可分為函數(shù)模板和類模板。其中，函數(shù)模板是一種能操作通用類型的特殊函數(shù)；類模板使用戶可以為類