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c++(4)

时间：2023-11-23 11:22:17浏览次数：54  
标签：函数 c++ template 泛型 异常 throw 模板

C++ (4)

1. C++模板

1.1 模板的概论

C++提供了函数模板(function template)，函数模板是将函数的参数类型不具体化，在函数使用时，再给定具体的参数的数据类型。

C++给定两个模板机制：函数模板和类模板

【注】都属于参数类型的模板，又称之为参数模板

1.2 函数模板

函数模板可以自动推到参数的类型，当然也可以显示指定类型。

语法：

template<class或typename T>
函数的返回值 函数名(T &n1,T &n2)
{
    //函数体
}

【推荐】在定义函数模板时，使用typename，表示T是某一种类型的名称

1.3 函数模板和普通函数的区别

  • 函数模板不允许自动类型转化

  • 普通函数能够自动进行类型转化

1.4 函数模板和普通函数在一起调用规则

  • c++编译器有限考虑普通函数
  • 可以通过空模板实参列表的语法限定编译器只能通过模板匹配
  • 函数模板可以像普通函数一样被重载
  • 如果函数模板可以产生一个更好的匹配，选择模板

1.5 模板实现机制

函数模板机制结论：编译器并不是把函数模板处理成能够处理的任何类型的函数。

函数模板通过具体类型产生不同的函数。编译器会对函数模板进行两次编译，在声明的地方对模板代码本身进行编译，在调用的地方对参数替换后的代码进行编译。

模板的局限性：函数模板是存在一些局限性的，如果函数模板声明的泛型，在实际使用中，具体化为基础数据类型则完全可以使用，但是具体化是一个类对象时或地址时，则需要特殊的处理：

  • 具体化优先于常规模板
  • 具体化函数模板为友元函数，可以访问类对象的私有成员
  • 类中定义运算符重载

1.6 类模板

类模板是类成员变量的数据类型泛化。

类模板的声明作用于整个类，即类的内部的任何位置都可以使用

如：定义一个长方形

template <typename T>
class Rect
{
private:
    T width, height;
public:
    Rect(T w, T h) : width(w), height(h) {}
    void draw()
    {
        cout << "绘制方形 width=" << width << ",height=" << height << endl;
    }
    T length()
    {
        return (width + height) * 2;
    }
};

1.6.1 类模板作为函数参数

类模板作为函数参数时，必须指定泛型的具体类型。

当然，类模板的泛型也可以是函数模板的泛型。

// 类模板作为函数的参数， 具体化类模板
void drawShape(Rect<int> &r)
{
    r.draw();
    cout << "r周长: " << r.length() << endl;
}

// 类模板作为函数的参数， 具体化类模板
// 将类模板的泛型再次泛型，通过函数模板
template <typename T>
void drawShape(Rect<T> &r)
{
    r.draw();
    cout << "r周长: " << r.length() << endl;
}

1.6.2 类模板派生普通类

类模板派生普通类的时候，必须指定具体的泛型的数据类型，以确保子类对象创建时的具体的父类

template<typename T>
class Shape{
protected:
    T mLen;
public:
    virtual T length(){
        return mLen;
    }
};

class Rect: public Shape<int>{
private:
    int w,h;
public:
    Rect(int w, int h): w(w),h(h){
        mLen = 2*(w+h);
    }
};

class Triangle: public Shape<float>{
private:
    float a, b,c;
public:
    Triangle(float a, float b, float c){
        this->a = a;
        this->b = b;
        this->c = c;
        mLen = a+b+c;
    }
};

1.6.3 类模板派生类模板

类模板派生子类时，子类也可以是类模板，将父类中的泛型指定为子类的类模板泛型

【注】派生的子类模板的类内部不能访问父类的泛型成员，并且子类模板创建对象时，必须指定泛型的具体的类型

template <typename T>
class Shape
{
public:
    virtual T length() = 0;
};

template <typename T>
class Rect : public Shape<T>
{
private:
    T w, h;
public:
    Rect(T w, T h) : w(w), h(h)
    {
    }
    virtual T length()
    {
        return 2 * (w + h);
    }
};
void test()
{
    Rect<int> r1(10, 20);
    cout << "r1的周长: " << r1.length() << endl;
    return 0;
}

1.6.4 类模板类内实现

在类模板内部的成员函数中，可以使用泛型成员变量

template <typename T1, typename T2>
class Point
{
private:
    T1 x;
    T2 y;
public:
    Point(T1 x, T2 y) : x(x), y(y) {}
    // T1, T2是哪一个对象的泛型的具体化: 是当前类对象的泛型
    // 此函数要求：other对象的泛型同当前类对象的泛型保持一致，否则编译器认为一个其它的类
    int distancePow(Point<T1, T2> &other)
    {
        return (x - other.x) * (x - other.x) + (y - other.y) * (y - other.y);
    }
};

1.6.5 类模板类外实现

类外部实现成员函数时，指定类模板的泛型转化为函数模板

template<typename T>
class Point{
private:
    T x, y;
public:
    Point(T x, T y);
    void show();
};

template<typename T>
Point<T>::Point(T x, T y){
    this->x = x;
    this->y = y;
}

template<typename T>
void Point<T>::show(){
    cout << "x=" << x << ",y=" << y << endl;
}

1.6.6 类模板头文件与源文件分离的问题

在使用类模板的情况下，声明与实现必须放在一起

在 Linux 和 vs 编辑器下如果只包含头文件，那么会报错链接错误，需要包含 cpp 文件，但是如果类模板中有友元类，那么编译失败！

类模板需要二次编译，在出现模板的地方编译一次，在调用模板的地方再次编译。C++编译规则为独立编译。

1.6.7 模板类遇到友元函数

模板类中的友元函数的写法：1） 内部实现 2） 外部实现 3）友元函数模板

内部实现：

template <typename T>
class A
{
    // 内部实现友元函数， 接收当前类模板的引用时，可以指定当前的类模板的泛型
    // 友元函数（全局性的），类的外部直接访问，不需要类对象调用
    friend void showIn(A<T> &a)
    {
        cout << a.item << endl;
    }
private:
    T item;
public:
    A(T item)
    {
        this->item = item;
    }
};

外部实现：

外部实现的友元函数是函数模板时，必须在类定义之前声明。在类中声明友元全局函数时，必须使用<>空泛型表示此函数是函数模板。

template <typename T>
class A;

template <typename T>
void showOut(A<T> &a);

template <typename T>
class A
{
    // 外部实现的友元函数，它有自己的模板
    // <> 空泛型表示外部是 函数模板，模板的泛型同当前类的泛型
    // 要求：必须之前先声明此函数为函数模板
    friend void showOut<>(A<T> &a);
private:
    T item;
public:
    A(T item)
    {
        this->item = item;
    }
};

template <typename T>
void showOut(A<T> &a) // 全局友元函数
{
    cout << "out item is " << a.item << endl;
}

友元函数模板：

格式：

template<typename T>
friend 返回值类型 函数名(T &参数名);

template <typename T>
class A
{
    // 友元函数模板, 声明的友元函数名不需要加 <> 空泛型
    template <typename U>
    friend void show(A<U> &a);
private:
    T item;
public:
    A(T item)
    {
        this->item = item;
    }
};
template <typename U>
void show(A<U> &a)
{
    cout << "template item is " << a.item << endl;
}

2. C++类型转换

类型转换(cast)是将一种数据类型转换成另一种数据类型，一般数据类型转换由编译器自动完成，除非强制类型转换需要手动完成

【注意】一般情况下，尽量少的去使用类型转换，除非用来解决非常特殊的问题

语法：

目标类型 变量名 = 新式转换函数名<目标类型>(转换变量);

2.1 静态转换

static_cast静态转换函数模板

上行转换和下行转换：

  • 上行转换：把派生类的指针或引用转换成基类表示，安全的。【多态的体现】
  • 下行转换：把基类指针或引用转换成派生类表示，不安全的。【调用子类的扩展功能】

image-20231123100015436

1.不同的基本数据类型的指针不能相互静态转换

2.支持父类与子类的指针的静态上行或下行的转换。

3.不支持不相关的两类的引用或指针转换

2.2 动态转换

dynamic_cast动态转换函数模板

主要用于类层次间的上行转换和下行转换；

在类层次间进行上行转换时，动态和静态转换的效果是一样的

在进行下行转换时，动态转换具有类型检查的功能，比静态更安全

不支持基本的数据类型之间的转换

2.3 常量转换

const_cast常量转换函数模板

可以将指针或引用转化为const指针或引用变量，也可以将const指针或引用变量转化为指针或引用变量

【注】不能直接对非指针和非引用的变量使用const_cast去直接移除它的const

2.4 重新解释转换

reinterpret_cast重新解释转换函数模板

主要用于将一种数据类型转为另一种；它可以将一个指针转换成一个整数，也可以将一个整数转换成一个指针。

这是最不安全的一种转换机制。

3. C++异常

3.1 异常基本概念

C语言中处理异常的方式:不会中断程序的执行

1）返回常量值，如0成功，1失败
2）宏 errno (类似于全局整数类型的变量)，记录程序出现异常的标识
   perror()进行打印错误信息
3）NULL 指针的NULL表示，表示异常的情况
  FILE *f = fopen("不存在的文件","r");

C++处理异常的方式：抛出异常、捕获异常

3.2 C++异常语法

3.2.1 throw抛出异常

语法：throw 异常数据

异常数据包含基本数据类型、类、struct等

【注】如果抛出的异常没有处理时，则会中断程序的执行

3.2.2 处理异常的语法

语法格式：

try{
    执行可能存在异常的语句块;
}catch(异常数据的类型1 变量){ //捕获相应数据类型的异常信息
    //处理异常的语句;
}catch(异常数据的类型2 变量){
    //处理异常的语句;
}
...
catch(...){ //必须放在最后
    //以上异常类型都没有匹配成功时，执行的语句        
}

【小结】如果异常被捕获之后，程序则不会中断。捕获异常信息的时候，一定考虑异常信息的数据类型。

3.2.3 throw的限制与严格类型异常匹配

在使用throw抛出异常信息时，受到函数声明处的throw()声明的可抛出异常类型的限制

1.函数内可以抛出任何异常

#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
    int n;
    A(int n) : n(n) {}
};

void show(int x)
{
    if (x == 1)
        throw 0;
    else if (x == 2)
        throw 'a';
    else if (x == 3)
        throw "abc";
    else if (x == 4)
        throw 1.25;
    else if (x == 5)
        throw A(100);
    cout << "x=" << x << endl;
}
int main()
{
    try
    {
        show(5);
    }
    catch (int error)
    { // 与throw int 匹配
        cout << "error is " << error << endl;
    }
    catch (const char &error)
    {
        cout << "error is " << error << endl;
    }
    catch (A &error)
    {
        cout << "error is " << error.n << endl;
    }
}

image-20231123103546030

2.限制函数抛出的异常类型

#include <iostream>
using namespace std;

class A
{
public:
    int n;
    A(int n) : n(n) {}
};

void show(int x) throw(int,char)
{
    if (x == 1)
        throw 0;
    else if (x == 2)
        throw 'a';
    else if (x == 3)
        throw "abc";
    else if (x == 4)
        throw 1.25;
    else if (x == 5)
        throw A(100);
    cout << "x=" << x << endl;
}

int main()
{
    try
    {
        show(5);
    }
    catch (int error)
    { // 与throw int 匹配
        cout << "error is " << error << endl;
    }
    catch (const char &error)
    {
        cout << "error is " << error << endl;
    }
    catch (A &error)
    {
        cout << "error is " << error.n << endl;
    }
}

image-20231123103659590

3.限制函数抛出异常

在函数的声明位置使用throw()

#include <iostream>
using namespace std;
void show(int x) throw()
{
    if (x == 1)
        throw 0;
    cout << "x=" << x << endl;
}
int main()
{
    try
    {
        show(1);
    }
    catch (int error)
    { // 与throw int 匹配
        cout << "error is " << error << endl;
    }
}

image-20231123103944233

3.2.4 栈解旋(unwinding)

异常被抛出后，从进入try块起，到异常被抛掷前，这期间在栈上构造的所有对象，都会被自动析构，析构的顺序与构造的顺序相反，这一过程称为栈的解旋

#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
    A()
    {
        cout << "A()" << endl;
    }
    ~A()
    {
        cout << "~A()" << endl;
    }
};
int main(int argc, char const *argv[])
{
    try
    {
        A a1;
        throw 0; // 抛出异常时，则会回收 a1栈中的空间（解旋）
    }
    catch (...)
    {
        cout << "异常被处理" << endl;
    }
    return 0;
}

image-20231123104228759

3.2.5 异常接口声明

在声明函数时，可以声明throw()可抛出的异常接口(基本数据类型、类、结构体)。即为函数内限制throw抛出异常信息的类型

void func();则此函数可以抛任何类型的异常 
void func() throw(A,B,C);这个函数func能够且只能抛出类型A,B,C及其子类型的异常 
void func() throw();不抛任何类型异常的函数

3.2.6 异常变量生命周期

catch()捕获异常信息的对象的生成周期，如果声明时变量或对象时，会在捕获到时，则会在栈中临时会创建变量或对象空间

3.2.7 异常的多态

throw抛出的异常信息时属于子类对象，catch捕获异常的类型是父类的引用或指针

3.3 C++标准异常库

C++提供了异常类的基类：exception

3.3.1 标准异常库的说明

c++提供的异常类的常用类：使用时引入<exception>头文件

image-20231123105019067

标准异常类的成员：

1）每个类都有提供了构造函数，拷贝构造函数和赋值操作符重载
2）logic_error 类及其子类、runtime_error类及其子类，它们的构造函数是接受一个string类型的形式参数，用于异常信息的描述
3）所有的异常类都有一个what()方法，返回const char* 类型(C风格字符串)的值，描述异常信息

标准异常类的具体描述：

exception   所有标准异常类的父类
bad_alloc   当operator new and operator new[]请求分配内存失败时
bad_exception 这是个特殊的异常，如果函数的异常抛出列表里声明了bad_exception异常，当函数内部抛出了异常抛出列表中没有的异常，这时调用的 unexpected 函数中若抛出异常，不论什么类型，都会
被替换为 bad_exception 类型。
bad_typeid 使用typeid操作符，操作一个NULL指针，而该指针是带有虚函数的类，这时抛出bad_typeid异常
bad_cast 使用dynamic_cast转换引用失败的时候
ios_base::failure io操作过程出现错误
logic_error 逻辑错误，可以在运行前检测的错误
runtime_error 运行时错误，仅在运行时才可以检测的错误

logic_error的子类：

length_error 试图生成一个超出该类型最大长度的对象时，例如vector的resize操作
domain_error 参数的值域错误，主要用在数学函数中，例如使用一个负值调用只能操作非负数的函数
out_of_range 超出有效范围
invalid_argument 参数不适合，在标准库中，当利用string对象构造bitset时，而string中的字符不是'0'或'1'的时候，抛出该异常

runtime_error的子类：

range_error 计算结果超出了有意义的值域范围
overflow_error 算术计算上溢
underflow_error 算术计算下溢

3.3.2 自定义标准异常类

1.自己的异常类要继承标准异常类

因为C++中可以抛出任何类型的异常，所以我们的异常类可以不继承自标准异常，但是这样可能会导致程序混乱，尤其是当我们多人协同开发时。

2.当继承标准异常类时，应该重载父类的what函数和虚析构函数。

3.因为栈展开的过程中，要赋值异常类型，那么要根据你在类中添加的成员考虑是否提供自己的复制构造函数

如：自定义OutOfRangeError

class OutOfRangeError : public exception
{
public:
    virtual const char *what() const throw()
    {
        return "访问位置越界";
    }
};

标签：函数,c++,template,泛型,异常,throw,模板
From： https://www.cnblogs.com/dijun666/p/17851149.html

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