数据结构(02)_模板库的基础设施搭建
数据额结果课程专注于数据元素之间的关系，和数据元素的操作方法，并不关系具体的数据类型，所以选择支持泛型编程的语言最为合适数据结构课程的学习。
1.2.泛型编程的概念不考虑具体的数据类型的编程方式称为泛型编程，举例，对于swap函数考虑下面的泛型写法。
void swap(T a, T b){ T t = a; a = b; b = t}
这里的T不是指具体的数据类型，而是泛指任意的数据类型。在C++语言中泛型编程通过模板实现。
1.3.C++的函模板模板函数模板是一种特殊的函数，可以使用不同类型进行调用，看起来和普通函数很相似，区别是类型可以被参数化。
语法规则：
函数模板的使用有两种方式：
以相同的方式处理不同的类型，在类声明前使用template进行标识。
类模板的应用：
只能显示的指定具体的类型，无法自动推导，使用具体类型定义对象：
编程实验：
#include <iostream>using namespace std;template <typename T>void Swap(T& a, T& b){ T t = a; a = b; b = t;}template <typename T>class Op{public: T process(T v) { return v * v; }};int main(){ int a = 2; int b = 1; Swap(a, b); cout << "a = " << a << " " << "b = " << b << endl; double c = 0.01; double d = 0.02; Swap<double>(d, c); cout << "c = " << c << " " << "d = " << d << endl; Op<int> opInt; Op<double> opDouble; cout << "5 * 5 = " << opInt.process(5) << endl; cout << "0.3 * 0.3 = " << opDouble.process(0.3) << endl; return 0;}2.智能指针2.1.内存泄漏
动态内存申请后，用完后不归还会导致内存泄漏；C++语言中没有垃圾回收机制，指针无法控制所执行的堆空间的生命周期。
2.2.智能指针使用指针对象代替原生指针，这样在指针生命周期结束时，可以自动调用析构函数，归还对象所使用的堆空间
实现思路：重载指针操作符（ *和-> ）
一片堆空间只能由一个指针类标识，杜绝指针运算（重载拷贝构造函数、和赋值操作符完成堆空间所有权的转接）
编程实验
#ifndef SMARTPOINTER_H#define SMARTPOINTER_Hnamespace DTLib{template<typename T>class SmartPointer{protected: T* m_pointer;public: SmartPointer(T* p =NULL) { m_pointer = p; } SmartPointer(const SmartPointer<T>& obj) { m_pointer = obj.m_pointer; const_cast<SmartPointer<T>&>(obj).m_pointer = NULL; } SmartPointer<T>& operator=(const SmartPointer<T>& obj) { if(this != &obj) { delete m_pointer; m_pointer = obj.m_pointer; const_cast<SmartPointer<T>&>(obj).m_pointer = NULL; } return *this; } T* operator->() { return m_pointer; } T& operator*() { return *m_pointer; } bool isNULL() { return(m_pointer == NULL); } T* get() { return m_pointer; } ~SmartPointer() { delete m_pointer; }};}#endif // SMARTPOINTER_H3.C++异常简介
C++中的异常处理：
try处理正常逻辑、throw用于抛出异常、catch用于捕获异常
如果一个异常没有被处理，会沿着函数的调用栈向上传播，直至被处理，或着程序异常终止。
catch捕获异常时会严格匹配，不进行任何形式的转换，catch(…)用与捕获所有异常，放在最后，每一个异常只能被捕获一次
父子兼容原则适用、所以捕获子类的异常在上、父类在下（子类对象可以看做一个父类对象）
编程实验：
#include <iostream>using namespace std;double divide(double a, double b){ const double delta = 0.000000000000001; double ret = 0; if( !((-delta < b) && (b < delta)) ) { ret = a / b; } else { throw 0; // 产生除 0 异常 } return ret;}void Demo1(){ try { //throw 3; //throw 5.0; throw 'c'; } catch(int i) { cout << "catch(int i)" << endl; } catch(double d) { cout << "catch(double d)" << endl; } catch(char c) { cout << "catch(char c)" << endl; }}void Demo2(){ //throw 0.0001; //throw "D.T.Software";//const char*}int main(){ cout << "main() begin" << endl; try { double c = divide(1, 1); cout << "c = " << c << endl; } catch(...) { cout << "Divided by zero..." << endl; } Demo1(); try { Demo2(); } catch(char* c) { cout << "catch(char* c)" << endl; } catch(const char* cc) { cout << "catch(char* cc)" << endl; } catch(...) { cout << "catch(...)" << endl; } cout << "main() end" << endl; return 0;}4.异常类构建4.1. 标准库异常类族
现代C++库必然包含重要的异常类族
异常类中的接口定义：
#define THROW_EXCEPTION(e, m) (throw e(m, __FILE__, __LINE__))class Exception{protected: char* m_message; char* m_location;public: void init(const char* message, const char* file, int line); Exception(const char* message); Exception(const char* file, int line); Exception(const char* message, const char* file, int line); Exception(const Exception& e); Exception& operator =(const Exception& e); virtual const char* message() const; virtual const char* location() const; virtual ~Exception() = 0;};
编程实现,Exception.cpp
#include "Exception.h"#include <cstdlib>#include <cstring>using namespace std;namespace DTLib{ void Exception::init(const char *message, const char *file, int line) { m_message = ( message ? strdup(message) : NULL); if(NULL != file) { char sl[16] {0}; itoa(line, sl, 10); m_location = static_cast<char*>(malloc(strlen(sl) +strlen(file) + 2)); m_location = strcpy(m_location, file); m_location = strcat(m_location, ":"); m_location = strcat(m_location, sl); } else { m_location = NULL; } } Exception::Exception(const char *message) { init(message, NULL, 0); } Exception::Exception(const char* file, int line) { init(NULL, file, line); } Exception::Exception(const char *message, const char *file, int line) { init(message, file, line); } Exception::Exception(const Exception& e) { m_message = strdup(e.m_message); m_location = strdup(e.m_location); } Exception& Exception::operator= (const Exception& e) { if( this != &e) { free(m_message); free(m_location); m_message = strdup(e.m_message); m_location = strdup(e.m_location); } return *this; } const char* Exception::message() const { return m_message; } const char* Exception::location() const { return m_location; } Exception::~Exception() { free(m_location); free(m_message); }}
编程实现,Exception.h
#define THROW_EXCEPTION(e, m) (throw e(m, __FILE__, __LINE__))class Exception : public Object{protected: char* m_message; char* m_location; void init(const char *message, const char *file, int line);public: Exception(const char *message); Exception(const char* file, int line); Exception(const char *message, const char *file, int line); Exception(const Exception& e); Exception& operator= (const Exception& e); virtual const char* message() const; virtual const char* location() const; virtual ~Exception() = 0;};class ArithmeticException : public Exception{public: ArithmeticException() : Exception(0){} ArithmeticException(const char* message) : Exception(message){} ArithmeticException(const char* file, int line) : Exception(file, line){} ArithmeticException(const char* message, const char* file, int line) : Exception(message, file, line){} ArithmeticException(const ArithmeticException& e) : Exception(e) {} ArithmeticException& operator =(const ArithmeticException& e) { Exception :: operator =(e); return *this; }};class NoEnoughMemoryException : public Exception{public: NoEnoughMemoryException() : Exception(0){} NoEnoughMemoryException(const char* message) : Exception(message){} NoEnoughMemoryException(const char* file, int line) : Exception(file, line){} NoEnoughMemoryException(const char* message, const char* file, int line) : Exception(message, file, line){} NoEnoughMemoryException(const NoEnoughMemoryException& e) : Exception(e) {} NoEnoughMemoryException& operator =(const NoEnoughMemoryException& e) { Exception :: operator =(e); return *this; }};class IndexOutOfBoundsException : public Exception{public: IndexOutOfBoundsException() : Exception(0){} IndexOutOfBoundsException(const char* message) : Exception(message){} IndexOutOfBoundsException(const char* file, int line) : Exception(file, line){} IndexOutOfBoundsException(const char* message, const char* file, int line) : Exception(message, file, line){} IndexOutOfBoundsException(const IndexOutOfBoundsException& e) : Exception(e) {} IndexOutOfBoundsException& operator =(const IndexOutOfBoundsException& e) { Exception :: operator =(e); return *this; }};class NullPointerException : public Exception{public: NullPointerException() : Exception(0){} NullPointerException(const char* message) : Exception(message){} NullPointerException(const char* file, int line) : Exception(file, line){} NullPointerException(const char* message, const char* file, int line) : Exception(message, file, line){} NullPointerException(const NullPointerException& e) : Exception(e) {} NullPointerException& operator =(const NullPointerException& e) { Exception :: operator =(e); return *this; }};class InvaildParemeterException : public Exception{public: InvaildParemeterException() : Exception(0){} InvaildParemeterException(const char* message) : Exception(message){} InvaildParemeterException(const char* file, int line) : Exception(file, line){} InvaildParemeterException(const char* message, const char* file, int line) : Exception(message, file, line){} InvaildParemeterException(const InvaildParemeterException& e) : Exception(e) {} InvaildParemeterException& operator =(const InvaildParemeterException& e) { Exception :: operator =(e); return *this; }};class InvalidOperationException : public Exception{public: InvalidOperationException() : Exception(0){} InvalidOperationException(const char* message) : Exception(message){} InvalidOperationException(const char* file, int line) : Exception(file, line){} InvalidOperationException(const char* message, const char* file, int line) : Exception(message, file, line){} InvalidOperationException(const InvalidOperationException& e) : Exception(e) {} InvalidOperationException& operator =(const InvalidOperationException& e) { Exception :: operator =(e); return *this; }};4.3. .设计原则
在构建可复用的库时，尽量使用面向对象技术进行架构，尽量使用异常处理机制分离正常逻辑和异常逻辑。
注意:
1.注意对于重虚函数一般不实现，在子类中才会实现，但是析构函数例外，一但定义，就必须要有实现，否则析构过程会出错。
2.为什么不直接将message赋值给初始化函数
原因在于message所指向的字符串可能位于栈、堆、全局数据区，我们无法区控制其生命周期，这样做不够安全。
DTLib：：Object的意义：
遵循经典的设计原则，所有的数据结构都继承自Object类规范动态类型申请的行为（new失败返回一个空指针），提高代码的可移植性
接口定义如下：
class Object{public:void* operator new (unsigned int size) throw();void operator delete (void* p);void* operator new[] (unsigned int size) throw();void operator delete[] (void* p);virtual ~Object() = 0;};
编程实现，Object.cpp
void* Object::operator new(unsigned int size) throw(){ return malloc(size);}void Object::operator delete(void *p) throw(){ free(p);}void* Object::operator new[](unsigned int size) throw(){ return malloc(size);}void Object::operator delete[](void *p) throw(){ free(p);}bool Object::operator == (const Object& obj){ return this == &obj;}bool Object::operator != (const Object& obj){ return this != &obj;}Object::~Object(){}}
Object.h
class Object{public:// don't throw any exception,even if alloc fail.void* operator new(unsigned int size) throw();void operator delete(void *p) throw();void* operator new[](unsigned int size) throw();void operator delete[](void *p) throw();bool operator == (const Object& obj);bool operator != (const Object& obj);virtual ~Object() =0; // Heavy virtual function(inherited only).};6.单一继承树优化
1.遵循经典的设计原则，所有的DTLib中的类位于单一的继承树
2.改进的关键点：
3.DTLib的开发方式和注意事项迭×××发，每次完成一个小目标单一继承树只抛出异常但不处理异常使用THROW_EXCEPTION抛出异常，提高可移植性（在一些比较老的C++编译器中是不支持异常处理机制的，其次有些软件公司也不允许使用异常处理机制）。如果将来用于不支持异常处理的情况时，我们只要将THROW_EXCEPTION这个宏定义为空即可。弱耦合性，尽量不使用标准库中的类和函数
注意：
1.为什么没有在init函数中内存申请失败时抛出异常，见代码
1）从代码允许逻辑来讲如果此处抛出异常，最终会生成一个Exception对象构造时将再次回到这里
2）从逻辑分析，如果抛出异常，则应该抛出NoEnoughMemoryException这个子类对象，父类对象都没有生成子类对象如何产生
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