0722-----C++Primer听课笔记----------虚函数和模板

1.虚函数

　　1.1 不含有任何数据成员或者虚函数的class或者struct大小为1，含有虚函数的对象在基地址部分有一个vptr，指向虚函数表，因此大小为4个字节。

　　1.2 动态绑定的原理：假设派生类和基类存在覆盖的关系(基类中定义了虚函数)，那么派生类在虚函数表中，会覆盖掉基类相应的虚函数。当程序执行的时候，根据基类指针找到vptr，根据vptr找到vtable，然后找到相应的版本去执行。所以执行的是覆盖的版本，而具体被哪个版本覆盖是由具体的对象类型所决定的，所以才实现了根据对象的具体类型去调用相应的函数（参考资料：http://blog.csdn.net/haoel/article/details/1948051/）。

　　1.3 当类中含有虚函数的时候（不全面），需要把析构函数设为virtual析构函数。

　　　　1.3.1 如下例所示，当用基类的指针指向一个派生类的对象时，基类指针会把该内存空间当做是一个基类的对象，对后面派生类的空间不可见，因此，当析构的时候只析构了基类大小的空间，这就造成了资源释放不完全。

#include <iostream>
using namespace std;
/*
 *  基类指针指向子类对象空间
 *  释放基类指针时会释放不完全
 */
class Base{
    public:
        Base(){
            cout << "Base..." << endl;
        }
        ~Base(){
            cout << "~Base..." << endl;
        }
};


class Derived : public Base{
    public:
        Derived(){
            cout << "Derived..." << endl;
        }
        ~Derived(){
            cout << "~Derived..." << endl;
        }
};

int main(int argc, const char *argv[])
{
    Base *bp = new Derived();
    delete bp; //这里只调用了基类的析构函数 派生类的地址空间没有被释放
    return 0;
}

　　　　1.3.2 当把基类的析构函数设为为虚函数时，在回收资源的时候会根据实际的类型动态绑定，将资源全部回收。

　　1.4 函数声明为virtual，意味着需要由用户去继承，以重新实现。

　　1.5 不要试图重定义基类的非virtual函数。

　　1.6 虚函数尤其是纯虚函数，相当于制定了一种约定、契约，凡是继承并改写（或者实现纯虚函数）的子类，都必须遵守这一约定。

#ifndef __THREAD_H__
#define __THREAD_H__
#include <pthread.h>
class Thread{
    public:
        Thread();
        virtual ~Thread(){}
        void start();
        static void* thread_func(void *);
        virtual void run() = 0;
        void join();
    private:
        pthread_t tid;
};


#endif
#include "thread.h"
#include <iostream>

Thread::Thread()
    :tid(-1)
{
}

void Thread::start(){
    pthread_create(&tid, NULL, thread_func, this);
}

void *Thread::thread_func(void *arg){
    Thread *pt = static_cast<Thread *>(arg);
    pt->run(); //动态绑定
}

void Thread::join(){
    pthread_join(tid, NULL);
}
#include "thread.h"
#include <iostream>
#include <unistd.h>

using namespace std;
/*
 * 定义线程类 将执行的函数run定义为纯虚函数
 * 由派生类实现不同的操作
 */

class TestThread : public Thread{
    public:
        void run(){
            while(1){
                sleep(1);
                cout << "hello ..." << endl;
            }
        }
};

int main(int argc, const char *argv[])
{
    TestThread th;
    th.start();
    th.join();
    return 0;
}

 2.模板

　　2.1 模板的几个要点：

　　　　a）泛型和模板：泛型就是通用的技术。泛型编程（以独立于任何特定类型的的方式编写代码）不等于模板，模板只是泛型的其中一种手段。

　　　　b）模板就是一种生产函数或者类的模型，以 T add(const T &a, const T &b)为例，当使用 add(1，2)时，编译器会进行模板实参推断，产生一个int add(int， int)的模板，当使用 add(string("hello"), string("world"))时，编译器产生string add(const string &, const string&)的版本。

　　　　c）vector不是一个类，而是一个类模板，以它为范本，根据实际调用产生的 vector<int>/vector<string> 才是真正的类。

　　　　d）模板就是一种代码产生器，或者是一个代码输出函数，输入的为类型，输出的是符合该类型运算的类或者函数。

　　　　e）模板的这种代码产生功能，成为一种编译期多态。

　　　　f）模板代码在编译时，只编译那些需要的部分，所以当声明map<Test, int> m;而不做其他使用时，，即使Test不支持 < 操作，仍然没有错误, 如下例。

#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;

class Test{
    public:
        int a_;
};

int main(int argc, const char *argv[])
{
    map<Test, int> m; //正确 尽管Test不支持< 编译器没有检测

    Test t;
    m[t] = 1; //错误 此时编译器会检测是否支持<

    return 0;
}

　　2.2 几个简单的模板

　　　　2.1.1 程序，这里要注意 模板使用template关键字，尖括号内的类型定义可以使用typename，也可以定义为常量，即为非类型模板形参。。

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
using namespace std;
/*
 * 两个参数的类型可以不同
 */
template <typename T1, typename T2>
T1 add(const T1 &a, const T2 &b){
    return a + b;
}

int main(int argc, const char *argv[])
{
    cout <<  add(2, 2.3) << endl;
    return 0;
}

　　　　2.1.2 程序2。这里T::size_type *p这句话在模板中存在歧义，可以把T::size_type解释成一种类型，所以这里定义了一个指针p，还可以把T::size_type解释成一个变量，所以这样可以看做乘法。解决方案就是在前面加上typename，来说明这是一个定义，而不是乘法。typename T::size_type *p。

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
using namespace std;

template <typename T, typename V>
void test(T a, V b){
    //这里存在歧义
    //T::size_type *p;

    typename T::size_type *p;

}
int main(int argc, const char *argv[])
{
    test(string("hello"), 8);
    return 0;
}

　　2.3 类模板

　　　　2.3.1 编写类模板的注意事项：

　　　　　　a）类的声明和实现放到同一个hpp文件中；

　　　　　　b）所有的函数均为 inline；

　　　　　　c）每个函数在类外实现都要加上模板参数类表；

　　　　　　d）类名要写完整，例如SmartPtr<T>,不能漏掉尖括号，因为SmartPtr不是完整的类。

　　　　2.3.2 智能指针类模板

#ifndef __SMART_HPP__
#define __SMART_HPP__
#include <stddef.h>

template <typename T>
class Smartptr{
    public:
        Smartptr();
        Smartptr(T *);
        ~Smartptr();
        void resetPtr(T *); //这里T不能为const
        const T *getPtr() const;

        T &operator*();
        const T &operator*()const;

        T *operator->();
        const T *operator->()const;

        operator bool() const;

    private:
        Smartptr(const T&);
        Smartptr operator= (const T&);
        T *ptr_;

};

//智能指针模板类的实现
//每个函数在类外的实现都要加上模板参数列表
template <typename T>
inline Smartptr<T>::Smartptr() //类名包括参数
    :ptr_(NULL)
{
}

template <typename T>
inline Smartptr<T>::Smartptr(T* ptr)
    :ptr_(ptr)
{
}

template <typename T>
inline Smartptr<T>::~Smartptr(){
    delete ptr_;
}

template <typename T>
inline void Smartptr<T>::resetPtr(T *ptr){
    if(ptr_ != ptr){
        delete  ptr_;
        ptr_ = ptr;
    }
}

template <typename T>
inline const T *Smartptr<T>::getPtr()const{
    return ptr_;
}

template <typename T>
inline T &Smartptr<T>::operator*(){
    return *ptr_;
}

template <typename T>
inline const T &Smartptr<T>::operator*()const{
    return *ptr_;
}

template <typename T>
inline T *Smartptr<T>::operator->(){
    return ptr_;
}

template <typename T>
inline const T *Smartptr<T>::operator->() const{
    return ptr_;
}

template <typename T>
inline Smartptr<T>::operator bool() const{
    return ptr_;
}


#endif

#include "smartptr.hpp"
#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;

class Animal{
    public:
        Animal(){
            cout << "Animal ..." << endl;
        }
        ~Animal(){
            cout << "~Animal..." << endl;
        }
        void display(){
            cout << "in Animal..." << endl;
        }
};

int main(int argc, const char *argv[])
{
    Smartptr<Animal> pt(new Animal);
    assert(pt); // 这里重载了bool类型

    cout << pt.getPtr() << endl;
    pt.resetPtr(NULL);
    assert(pt == 0);

    cout << "------------" << endl;
    pt.resetPtr(new Animal);
    pt->display();

    return 0;
}

3. 队列类模板

　　3.1 编写队列类模板要注意的几点：

　　　　a）typedef 不能写成全局，因为没有使用的时机。以typedef Node<T> *NodePtr 为例，与模板相关的名字都是不完整的，所以直接使用 NodePtr 会找不到符号（编译器不会反向推断 Node<T> 中 T 的类型），使用 Node<T> 这种typedef 是没有意义的。

　　　　b）在Queue的编写中，如果：

template <typename T>
class Node{
    friend class Queue;
    private:
        T data_;
        Node* next_;
};

这表明Node<T>的友元类是Queue，这个Queue是一个普通类，与模板无关。如果：

template <typename T>
class Node{
    friend class Queue<T>;
    private:
        T data_;
        Node* next_;
};

表明此时的Queue不是一个模板类，无法这样使用，这里需要告诉编译器，Queue是一个模板类，因此正确的代码如下：

template <typename T>
class Queue; //前向声明 用于 friend class
template <typename T>
class Node{
    friend class Queue<T>;
    private:
        T data_;
        Node* next_;
};

这两行的作用是告诉编译器，Queue不是一个普通的类，而是一个模板类，所以下面的friend才能使用Queue<T>。　　　

　　　　c）模板之间互相声明为友元的要点：被声明为 friend 的类，首先应该告知编译器，这是一个模板类，这需要带模板参数类表的前向声明；其次声明 friend 的时候，应该制定具体的模板参数。

　　3.2 源程序。

#ifndef __QUEUE_H__
#define __QUEUE_H__

#include <stddef.h>
#include <assert.h>


template <typename T>
class Queue; //前向声明 用于 friend class
template <typename T>
class Node{
    friend class Queue<T>;
    private:
        T data_;
        Node* next_;
};


template <typename T>
class Queue{
    public:
        typedef Node<T> *NodePtr;  //

        Queue();
        Queue(const Queue &queue);
        Queue &operator=(const Queue &queue);
        ~Queue();

        void push(const T &data);
        void pop();
        void clear();
        const T &top() const;
        bool isEmpty()const;
        size_t  getSize()const;
    private:
        void copyElements(const Queue &queue);
        NodePtr head_;
        NodePtr tail_;
        size_t  size_;

};

template <typename T>
inline Queue<T>::Queue()
    :head_(NULL),
     tail_(NULL),
     size_(0){
}

template <typename T>
inline void Queue<T>::copyElements(const Queue &queue){
    NodePtr pCur = queue.head_;
    while(pCur != queue.tail_){
        push(pCur->data_);
        pCur = pCur->next_;
    }
}


template <typename T>
inline Queue<T>  &Queue<T>::operator=(const Queue &queue){
    clear();
    copyElements(queue);
}

template <typename T>
inline Queue<T>::Queue(const Queue &queue)
    :head_(NULL),
     tail_(NULL),
     size_(0)
{
    copyElements(queue);
}

template <typename T>
inline Queue<T>::~Queue(){
    clear();
}

template <typename T>
inline void Queue<T>::push(const T &data){
    NodePtr pt = new Node<T>;
    pt->data_ = data;
    pt->next_ = NULL;
    if(isEmpty()){
        head_ = tail_ = pt;
    }
    else{
        tail_->next_  = pt;
        tail_ = pt;
    }
    size_++;
}

template <typename T>
inline void Queue<T>::pop(){
    assert(!isEmpty());
    NodePtr pt = head_;
    head_ = head_->next_;
    delete pt;
}

template <typename T>
inline void Queue<T>::clear(){
    while(!isEmpty()){
        pop();
    }
}

template <typename T>
inline const T &Queue<T>::top() const{
    assert(!isEmpty());
    return head_->data_;
}

template <typename T>
inline bool Queue<T>::isEmpty() const{
    return head_ == NULL;
}

template <typename T>
inline size_t  Queue<T>::getSize()const{
    return size_;
}


#endif
#include "queue.hpp"
#include <iostream>
#include <assert.h>

using namespace std;
int main(int argc, const char *argv[])
{
    Queue<int>  Q;
    Q.push(1);
    Q.push(2);
    while(!Q.isEmpty()){
        cout << Q.top() << endl;
        Q.pop();
    }

    return 0;
}