15. C++泛型与符号重载

【泛型编程】

若多组类型不同的数据需要使用相同的代码处理，在C语言中需要编写多组代码分别处理，这样做显然太过繁琐，C++增加了虚拟类型，使用虚拟类型可以实现一组代码处理多种类型的数据。

虚拟类型是暂时不确定的数据类型，它在定义时不指定具体类型，而是在使用时指定类型，可以用于单个数据类型，也可以用于数组、结构体，使用虚拟类型编程也称为泛型编程，意为广泛类型。

使用虚拟类型的代码称为模板，但是全局数据不能使用虚拟类型，全局数据也无需定义为模板。

全局函数模板

函数模板的参数、返回值可以使用虚拟类型，参数与返回值的数量必须相同，只是类型不同。

#include <iostream>
template <typename T>   //使用template关键词定义虚拟类型，T为虚拟类型名称
T add(T t1, T t2)
{return t1+t2;
}
int main()
{printf("%d\n", add(1, 2));          //T指定为int类型printf("%f\n", add(0.1f, 0.2f));    //T指定为float类型return 0;
}

虚拟类型使用template关键词定义，也可以使用class定义，可以在<>符号内定义多个虚拟类型，不同虚拟类型使用,符号隔开，但是每个定义的虚拟类型都必须使用，否则编译报错。

函数模板内可以使用多个虚拟类型，执行函数模板时需要为其内部虚拟类型指定具体类型，当多次执行函数模板并为虚拟类型设置不同的具体类型时，编译器会将函数模板编译为多个函数，分别使用不同的指令处理数据，上述代码中的add函数实际上会被编译器编译成两个函数，分别使用整数运算指令和浮点数运算指令处理数据，模板只是简化了程序员的工作量，并没有减少程序编译后的代码量。

成员函数模板

#include <iostream>
class math
{
public:template <typename T>    //定义虚拟类型T add(T t1, T t2) const{return t1+t2;}
};
int main()
{math math1;printf("%d\n", math1.add(1, 2));printf("%f\n", math1.add(0.1f, 0.2f));return 0;
}

类模板

成员数据使用虚拟类型的类称为类模板。

#include <iostream>
template <typename T>
class math
{
private:T a,b;public:math(T t1, T t2){a = t1;b = t2;}T add() const{return a+b;}
};
int main()
{math<int> math1(1, 2);         //创建对象时需要使用<>符号设置数据类型printf("%d\n", math1.add());math<float> math2(0.1, 0.2);printf("%f\n", math2.add());return 0;
}

成员数组模板

虚拟类型用于类成员数组时可以额外定义一个变量，此变量用于设置数组模板的长度，从而实现数组的类型、长度都在定义时临时确定。

#include <iostream>
template <typename T, int i>    //变量i设置数组长度
class array
{
private:T a[i];public://......
};
int main()
{array<int, 5> array1;      //成员数组类型为int，包含5个元素array<float, 6> array2;    //成员数组类型为float，包含6个元素return 0;
}

【符号重载】

在C++中可以借助operator关键词将语法中的某些符号、关键词当做函数名，从而重新定义此符号的功能，这种函数称为符号函数，调用符号函数执行时可以无需指定operator关键词，直接使用重载的符号即可，全局函数和成员函数都可以设置为符号函数。

使用符号函数会让代码更简洁，比如连接字符串函数使用+符号作为函数名，即可通过+符号连接两个字符串。

可重载的符号如下：

+  -  *  /  ++  --  %  <<  >>
&&  ||  !  &  |  ~  ^
<  >  ==  !=  >=  <=
=  +=  -=  *=  /=  %=  ^=  &=  |=  >>=  <<=
,  ()  []
->  ->*
new  delete  new[]  delete[]

符号重载注意事项：
1.只能使用C++语法中原有符号，不能使用C++语法没有的符号。
2.= () [] -> 这四种符号只能用于成员函数，不能用于全局函数。
3.重载不同符号时，函数可以设置的参数个数不同。
4.重载相同符号时，全局函数与成员函数可以设置的参数个数不同。
5.重载不同符号有不同的限制，比如：重载-符号不能计算两个double数据相加、重载%符号不能只有一个操作数、重载new的函数返回值只能是void类型指针。

重载 + 符号

重载+符号连接固定长度字符串对象，并返回连接结果。

#include <iostream>
class string
{
public:char strvar[100] = {0};/* operator+符号函数连接string对象 */string operator+(const string & conobj) const{string result;              //存储连接结果unsigned int strlen = 0;    //存储本类strvar空字符下标unsigned int conlen = 0;    //存储conobj.strvar空字符下标result.strvar[0] = 0;       //初始空字符/* 查询本类strvar空字符下标，若没有空字符则当做不合规string对象处理，strlen = 0 */for(int i = 0; i < 100; i++){if(strvar[i] == 0){strlen = i;break;}}/* 查询conobj.strvar空字符下标 */for(int i = 0; i < 100; i++){if(conobj.strvar[i] == 0){conlen = i;break;}}/* result连接本类strvar */if(strlen != 0){result = *this;}/* result连接conobj.strvar */if(conlen != 0){if(strlen == 0){result = conobj;}else{for(int i = 0; strlen<99 && i<=conlen; i++){result.strvar[strlen] = conobj.strvar[i];strlen++;}result.strvar[99] = 0;    //确保末尾元素是空字符}}return result;}/* 重载operator+符号函数，连接字符串 */string operator+(const char * conobj) const{string result;unsigned int strlen = 0;unsigned int conlen = 98;    //若字符串长度超标，则最多使用99个字符result.strvar[0] = 0;/* 查询本类strvar末尾下标 */for(int i = 0; i < 100; i++){if(strvar[i] == 0){strlen = i;break;}}/* 查询conobj末尾下标，只需查询99个字节 */for(int i = 0; i < 99; i++){if(conobj[i] == 0){conlen = i;break;}}/* 连接本类strvar */if(strlen != 0){result = *this;}/* 连接conobj */if(conlen != 0){for(int i = 0; strlen<99 && i<=conlen; i++){result.strvar[strlen] = conobj[i];strlen++;}result.strvar[99] = 0;}return result;}
};
int main()
{string ali = {"阿狸"};string taozi = {"桃子"};string zoo = ali + taozi;      //调用ali.operator+函数，连接string对象printf("%s\n", zoo.strvar);zoo = zoo + "喜羊羊美羊羊";      //调用zoo.operator+函数，连接字符串printf("%s\n", zoo.strvar);return 0;
}

重载 = 符号

重载=符号修改动态长度字符串对象，字符串成员定义为私有，只能通过operator=符号函数修改。

#include <iostream>
#include <string.h>
class string
{
private:char * strvar;public:string(){strvar = new char;*strvar = 0;}string(const char * assobj){size_t asslen = strlen(assobj); strvar = new char[asslen+1];strcpy(strvar, assobj);strvar[asslen+1] = 0;     //末尾空字符}~string(){delete [] strvar;}/* 返回字符串地址 */const char * get() const{return strvar;}void operator=(const char *assobj){size_t asslen = strlen(assobj);/* 释放旧内存 */delete [] strvar;/* 申请新内存 */strvar = new char[asslen+1];/* 内存赋值 */strcpy(strvar, assobj);strvar[asslen+1] = 0;}
};int main()
{string zoo("阿狸");printf("%s\n", zoo.get());zoo = "喜羊羊";printf("%s\n", zoo.get());return 0;
}