【C++ 面试 - 基础题】每日 3 题(十三)

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37. 什 么是函数对象?

函数对象(Function Object),也被称为函数子、函子,指的是具有函数行为的对象。它是一种可调用的对象,可以像函数一样被调用,具有函数的行为和特性。

在 C++ 中,函数对象是一种特殊的类对象,它重载了函数调用运算符 (),使得该对象可以像函数一样被调用。函数对象的实例可以存储状态,拥有成员变量和成员函数,因此更灵活,可以实现更复杂的操作逻辑。与普通函数相比,函数对象可以具有更多的上下文信息。

函数对象在许多应用场景中有用,例如:

  • 在算法和泛型编程中,函数对象可以作为算法的参数,对容器中的元素进行处理和操作。

  • 在多线程编程中,函数对象可以作为任务进行调度和执行。

  • 在回调函数中,函数对象可以传递和存储额外的上下文信息。

函数对象可以以多种方式定义,包括:

  • 函数指针:将函数指针作为函数对象,可通过重载函数调用运算符来实现。

  • 类对象:通过定义一个类对象并重载 operator() 运算符来实现函数对象。

下面是一个简单的示例,展示了如何定义和使用函数对象:

cpp 复制代码
#include <iostream>
// 定义函数对象类
struct Add {
    int operator()(int a, int b) {
        return a + b;
    }
};
int main() {
    Add add;  // 创建函数对象实例
    int result = add(3, 4);  // 调用函数对象
    std::cout << "Result: " << result << std::endl;
    return 0;
}

输出结果为:

html 复制代码
Result: 7

在上述示例中,我们定义了一个名为 Add 的函数对象类,重载了函数调用运算符,使得该对象可以像函数一样进行调用。然后,我们创建了一个函数对象实例 add,并使用它进行加法运算。

总结来说,函数对象是可调用的对象,除了函数指针外,C++中的函数对象主要通过类对象和重载运算符来实现。函数对象相对于普通函数更灵活,可以带有状态和行为,适用于多种编程场景。

38. 模 板的基本概念

C++ 模板类是一种通用编程技术,允许你编写通用的数据结构和算法,不仅可以处理不同数据类型,还可以处理不同数据结构的数据。

1. 为什么使用模板类?

  • 模板类允许你编写通用的数据结构和算法,可以适用于不同的数据类型。

  • 它提高了代码的重用性,因为你可以使用相同的类定义来处理不同类型的数据。

  • C++ 标准库中的许多容器(例如 std::vectorstd::list)和算法(例如 std::sort)都是使用模板类实现的。

2. 模板 类的声明和定义

  • 模板类的声明以 template 关键字开始,后跟一个模板参数列表,使用 < > 括起来,通常包括类型参数。

  • 类的定义使用模板参数来指定类的成员的类型。

  • 类的成员函数可以在类内部定义,也可以在类外部定义。通常,成员函数的定义需要在类的模板声明之后提供。

    cpp 复制代码
    template <typename T>
    class MyTemplateClass {
    public:
        MyTemplateClass(T data);
        T getData();
    private:
        T data_;
    };
    
    template <typename T>
    MyTemplateClass<T>::MyTemplateClass(T data) : data_(data) {}
    
    template <typename T>
    T MyTemplateClass<T>::getData() {
        return data_;
    }
    点击并拖拽以移动

3. 模板类的使用

  • 使用模板类时,你需要提供具体的数据类型,以实例化模板类。

  • 这可以通过提供模板参数来实现。例如,MyTemplateClass<int> 实例化了一个处理整数的模板类。

    cpp 复制代码
    MyTemplateClass<int> intInstance(42);
    MyTemplateClass<double> doubleInstance(3.14);

4. 非类型模板参数

  • 除了类型参数,模板还支持非类型模板参数,这些参数可以是常数值、枚举或指针。

  • 非类型参数可以用于在编译时确定模板的一些属性。

    cpp 复制代码
    template <int Size>
    class FixedArray {
    public:
        int GetSize() { return Size; }
        // ...
    };

5. 模板的特化和偏特化

  • 可以对特定类型的参数创建特化版本的模板类。

  • 偏特化允许你对模板参数的某些属性进行特化,以满足不同情况的需求。

    cpp 复制代码
    template <typename T>
    class MyTemplateClass;
    
    template <>
    class MyTemplateClass<int> {
        // Specialized implementation for int
    };

6. 限定类型参数

  • 使用 typenameclass 关键字可以指定模板参数的类型。

  • 可以使用 typenameclass 以及适当的约束来限制接受的模板参数类型。

    cpp 复制代码
    template <typename T>
    void MyFunction(T value);

7. 模 板类的编译和实例化

  • C++ 中的模板类是在编译时实例化的。

  • 编译器根据使用模板类的上下文为特定类型生成实例化的类。

  • 这意味着只需提供一次模板定义,可以在不同地方和不同类型的数据上使用。

8. 模 板元编程

  • 模板类不仅可以用于创建通用数据结构,还可以用于进行元编程,生成和处理代码。

  • 使用模板元编程,你可以在编译时生成代码,以提高程序的性能和灵活性。

39. 模板函数和模板类的特例化

「引入原因」

编写单一的模板,它能适应多种类型的需求,使每种类型都具有相同的功能,但对于某种特定类型,如果要实现其特有的功能,单一模板就无法做到,这时就需要模板特例化。

「定义」对单一模板提供的一个特殊实例,它将一个或多个模板参数绑定到特定的类型或值上。

(1)模板函数特例化

必须为原函数模板的每个模板参数都提供实参,且使用关键字 template 后跟一个空尖括号对 <>,表明将原模板的所有模板参数提供实参,举例如下:

cpp 复制代码
template<typename T> //模板函数
int compare(const T &v1,const T &v2)
{
    if(v1 > v2) return -1;
    if(v2 > v1) return 1;
    return 0;
}
//模板特例化,满⾜针对字符串特定的⽐较,要提供所有实参,这⾥只有一个T
template<>
int compare(const char* const &v1,const char* const &v2)
{
    return strcmp(p1,p2);
}

「本质」特例化的本质是实例化一个模板,而非重载它。特例化不影响参数匹配。参数匹配都以最佳匹配为原则。 例如,此处如果是 compare(3,5),则调用普通的模板,若为 compare("hi","haha") 则调用特例化版本(因为这个 cosnt char* 相对于 T,更匹配实参类型),注意二者函数体的语句不一样了,实现不同功能。

「注意」模板及其特例化版本应该声明在同一个头文件中,且所有同名模板的声明应该放在前面,后面放特例化版 本。

(2)类模板特例化

原理类似函数模板,不过在类中,我们可以对模板进行特例化,也可以对类进行部分特例化。对类进行特例化时, 仍然用 template<> 表示是一个特例化版本,例如:

cpp 复制代码
template<>
class hash<sales_data>
{
    size_t operator()(sales_data& s);
    //⾥面所有T都换成特例化类型版本sales_data
    //按照最佳匹配原则,若T != sales_data,就用普通类模板,否则,就使用含有特定功能的特例化版本。
};

「类模板的部分特例化」

不必为所有模板参数提供实参,可以指定一部分而非所有模板参数,一个类模板的部分特例化本身仍是一个模板, 使用它时还必须为其特例化版本中未指定的模板参数提供实参(特例化时类名一定要和原来的模板相同,只是参数类型不同,按最佳匹配原则,哪个最匹配,就用相应的模板)

「特例化类中的部分成员」

可以特例化类中的部分成员函数而不是整个类,举个例子:

cpp 复制代码
template<typename T>
class Foo
{
    void Bar();
    void Barst(T a)();
};
template<>
void Foo<int>::Bar()
{
    //进⾏int类型的特例化处理
    cout << "我是int型特例化" << endl;
}
Foo<string> fs;
Foo<int> fi;//使用特例化
fs.Bar();//使用的是普通模板,即Foo<string>::Bar()
fi.Bar();//特例化版本,执⾏Foo<int>::Bar()
//Foo<string>::Bar()和Foo<int>::Bar()功能不同
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