【C++ 面试 - 基础题】每日 3 题（十三）

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📚专栏简介：在这个专栏中，我将会分享 C++ 面试中常见的面试题给大家~

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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::vector、std::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_;
}

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 typename 或 class 关键字可以指定模板参数的类型。
可以使用 typename 或 class 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

【C++ 面试 - 基础题】每日 3 题（十三）

37. 什 么是函数对象？

38. 模 板的基本概念

39. 模板函数和模板类的特例化

37. 什么是函数对象？

38. 模板的基本概念