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1、第九章第九章 群体类群体类和群体数据的组织和群体数据的组织C+语言程序设计1C+语言程序设计本章主要内容本章主要内容l模板模板l群体类群体类l群体数据的组织群体数据的组织2C+语言程序设计第一部分：第一部分：模板模板l函数模板函数模板l类模板类模板3C+语言程序设计函数模板函数模板l函数模板可以用来创建一个通用功能函数模板可以用来创建一个通用功能的函数，以支持多种不同形参，进一的函数，以支持多种不同形参，进一步简化重载函数的函数体设计。步简化重载函数的函数体设计。l声明方法：声明方法：template 函数声明 函 数 模 板4C+语言程序设计求绝对值函数的模板求绝对值函数的模板#includ
2、e#includeusing namespace std;using namespace std;templatetypename template T T abs(abs(T T x)x)return x0?-x:x;return x0?-x:x;int main()int main()int n=-5;int n=-5;double d=-5.5;double d=-5.5;coutabs(coutabs(n n)endl;)endl;coutabs(coutabs(d d)endl;)endl;函 数 模 板运行结果：运行结果：55.55C+语言程序设计求绝对值函数的模板分析求绝对值函数
3、的模板分析l编译器从调用编译器从调用abs()时实参的类型，推时实参的类型，推导出函数模板的类型参数。例如，对导出函数模板的类型参数。例如，对于调用表达式于调用表达式abs(n)，由于实参，由于实参n为为int型，所以推导出模板中类型参数型，所以推导出模板中类型参数T为为int。l当类型参数的含义确定后，编译器将当类型参数的含义确定后，编译器将以函数模板为样板，生成一个函数：以函数模板为样板，生成一个函数：int abs(int x)return x0?-x:x;函 数 模 板6C+语言程序设计类模板的作用类模板的作用使用类模板使用户可以为类声明一使用类模板使用户可以为类声明一种模式，使得类中
4、的某些数据成员、种模式，使得类中的某些数据成员、某些成员函数的参数、某些成员函数某些成员函数的参数、某些成员函数的返回值，能取任意类型（包括基本的返回值，能取任意类型（包括基本类型的和用户自定义类型）。类型的和用户自定义类型）。类 模 板7C+语言程序设计类模板的声明类模板的声明l类模板：类模板：template class 类名类成员声明l如果需要在类模板以外定义其成员如果需要在类模板以外定义其成员函数，则要采用以下的形式：函数，则要采用以下的形式：template 类型名 类名:函数名（参数表）类 模 板8C+语言程序设计例例9-2 类模板应用举例类模板应用举例#include#inclu
5、de#include#include using namespace std;using namespace std;/结构体结构体StudentStudentstruct Studentstruct Student int id;/int id;/学号学号 float gpa;/float gpa;/平均分平均分;类 模 板9template template /类模板：实现对任意类型数据进行存取类模板：实现对任意类型数据进行存取class Storeclass Store private:private:T item;/T item;/用于存放任意类型的数据用于存放任意类型的数据 int
6、haveValue;/int haveValue;/用于标记用于标记itemitem是否已被存入内容是否已被存入内容 public:public:Store(void);/Store(void);/默认形式（无形参）的构造函数默认形式（无形参）的构造函数 T GetElem(void);/T GetElem(void);/提取数据函数提取数据函数 void PutElem(T x);/void PutElem(T x);/存入数据函数存入数据函数;/默认形式构造函数的实现默认形式构造函数的实现template template Store:Store(void):haveValue(0)Sto
7、re:Store(void):haveValue(0)1010template /template /提取数据函数的实现提取数据函数的实现T Store:GetElem(void)T Store:GetElem(void)/如果试图提取未初始化的数据，则终止程序如果试图提取未初始化的数据，则终止程序 if(haveValue=0)if(haveValue=0)cout No item present!endl;cout No item present!endl;exit(1);exit(1);return item;/return item;/返回返回itemitem中存放的数据中存放的数据
8、template /template /存入数据函数的实现存入数据函数的实现 void Store:PutElem(T x)void Store:PutElem(T x)/将将haveValue haveValue 置为置为 TRUE TRUE，表示，表示itemitem中已存入数值中已存入数值 haveValue+;haveValue+;item=x;/item=x;/将将x x值存入值存入itemitem 1111int main()int main()Student g=1000,23;Student g=1000,23;Store S1,S2;Store S1,S2;Store S3;
9、Store S3;Store D;Store D;S1.PutElem(3);S1.PutElem(3);S2.PutElem(-7);S2.PutElem(-7);cout S1.GetElem()cout S1.GetElem()S2.GetElem()endl;S2.GetElem()endl;S3.PutElem(g);S3.PutElem(g);cout The student id is cout The student id is S3.GetElem().idendl;S3.GetElem().idendl;cout Retrieving object D ;cout Retr
10、ieving object D ;cout D.GetElem()endl;/cout D.GetElem()endl;/输出对象输出对象D D的数据成员的数据成员 /由于由于D D未经初始化未经初始化,在执行函数在执行函数D.GetElement()D.GetElement()时出错时出错 1212C+语言程序设计第二部分：第二部分：群群体数据体数据l线性群体线性群体线性群体的概念直接访问群体-数组类顺序访问群体-链表类栈类队列类13C+语言程序设计群体的概念群体的概念群体群体是指由多个数据元素组成的集是指由多个数据元素组成的集合体。群体可以分为两个大类：合体。群体可以分为两个大类：线性群线
11、性群体体和和非线性群体非线性群体。线性群体中的元素按位置排列有序，线性群体中的元素按位置排列有序，可以区分为第一个元素、第二个元素等。可以区分为第一个元素、第二个元素等。非线性群体不用位置顺序来标识元非线性群体不用位置顺序来标识元素。素。14C+语言程序设计线性群体的概念线性群体的概念线性群体中的元素次序与其位置关线性群体中的元素次序与其位置关系是对应的。在线性群体中，又可按照系是对应的。在线性群体中，又可按照访问元素的不同方法分为访问元素的不同方法分为直接访问直接访问、顺顺序访问序访问和和索引访问索引访问。在本章我们只介绍直接访问和顺序在本章我们只介绍直接访问和顺序访问。访问。第一个元素第二
12、个元素第三个元素最后一个元素15C+语言程序设计数组数组l静态数组是具有固定元素个数的群体，其静态数组是具有固定元素个数的群体，其中的元素可以通过下标直接访问。中的元素可以通过下标直接访问。缺点：大小在编译时就已经确定，在运行时无法修改。l动态数组由一系列位置连续的，任意数量动态数组由一系列位置连续的，任意数量相同类型的元素组成。相同类型的元素组成。优点：其元素个数可在程序运行时改变。l动态数组类模板：例动态数组类模板：例9-3（9_3.h）直接访问的线性群体16#ifndef ARRAY_CLASS#ifndef ARRAY_CLASS#define ARRAY_CLASS#define A
13、RRAY_CLASSusing namespace std;using namespace std;#include#include#include#include#ifndef NULL#ifndef NULLconst int NULL=0;const int NULL=0;#endif /NULL#endif /NULLenum ErrorType enum ErrorType invalidArraySize,memoryAllocationError,invalidArraySize,memoryAllocationError,indexOutOfRange;indexOutOfRa
14、nge;char*errorMsg=char*errorMsg=Invalid array size,Memory allocation error,Invalid array size,Memory allocation error,Invalid index:;Invalid index:;动态数组类模板程序1717template template class Arrayclass Array private:private:T*T*alist alist;int size;int size;void Error(ErrorType error,int badIndex=0)const;
15、void Error(ErrorType error,int badIndex=0)const;public:public:ArrayArray(int sz=50);(int sz=50);ArrayArray(const Array&A);(const Array&A);ArrayArray(void);(void);Array&Array&operator=operator=(const (const Array&Array&rhs);rhs);T&T&operatoroperator(int i);(int i);operator operator T T*(void)const;(v
16、oid)const;int int ListSizeListSize(void)const;(void)const;void void ResizeResize(int sz);(int sz);1818C+语言程序设计数组类模板的构造函数数组类模板的构造函数/构造函数构造函数template template Array:Array:ArrayArray(int sz)(int sz)if(sz=0)if(sz=0)/sz/sz为数组大小（元素个数），若小于为数组大小（元素个数），若小于0 0则输出错误信息则输出错误信息 Error(invalidArraySize);Error(inval
17、idArraySize);size=sz;size=sz;/将元素个数赋值给变量将元素个数赋值给变量sizesize alist=new Tsize;alist=new Tsize;/动态分配动态分配sizesize个个T T类型的元素空间类型的元素空间 if(alist=NULL)if(alist=NULL)/如果分配内存不成功，输出错误信息如果分配内存不成功，输出错误信息 Error(memoryAllocationError);Error(memoryAllocationError);直接访问的线性群体19C+语言程序设计数组类的拷贝构造函数数组类的拷贝构造函数template temp
18、late Array:Array:ArrayArray(const Array&X)(const Array&X)int n=X.size;int n=X.size;size=n;size=n;alist=new Tn;alist=new Tn;if(alist=NULL)if(alist=NULL)Error(memoryAllocationError);Error(memoryAllocationError);T*srcptr=X.alist;T*srcptr=X.alist;/X.alist/X.alist是对象是对象X X的数组首地址的数组首地址 T*destptr=alist;T*d
19、estptr=alist;/alist/alist是本对象中的数组首地址是本对象中的数组首地址 while(n-)while(n-)/逐个复制数组元素逐个复制数组元素 *destptr+=*srcptr+;*destptr+=*srcptr+;直接访问的线性群体20C+语言程序设计浅拷贝浅拷贝 alist sizeAA的数组元素占用的内存拷贝前 alist sizeAA的数组元素占用的内存拷贝后 alist sizeBint main()int main()Array A(10);Array A(10);.Array B(A);Array B(A);.template template Arr
20、ay:Array(Array:Array(const Array&X)const Array&X)size=X.size;size=X.size;alist=X.alist;alist=X.alist;21C+语言程序设计深拷贝深拷贝 alist sizeAA的数组元素占用的内存拷贝前 alist sizeAA的数组元素占用的内存拷贝后 alist sizeBB的数组元素占用的内存22C+语言程序设计数组类的重载数组类的重载=运算符函数运算符函数template template Array&Array:Array&Array:operator=operator=(const Array&rh
21、s)(const Array&rhs)int n=rhs.size;int n=rhs.size;if(size!=n)if(size!=n)delete alist;delete alist;alist=new Tn;alist=new Tn;if(alist=NULL)if(alist=NULL)Error(memoryAllocationError);Error(memoryAllocationError);size=n;size=n;T*destptr=alist;T*destptr=alist;T*srcptr=rhs.alist;T*srcptr=rhs.alist;while(n
22、-)while(n-)*destptr+=*srcptr+;*destptr+=*srcptr+;return*this;return*this;直接访问的线性群体23C+语言程序设计数组类的重载下标操作符函数数组类的重载下标操作符函数template template T&Array:T&Array:operatoroperator(int n)(int n)/检查下标是否越界检查下标是否越界 if(n size-1)if(n size-1)Error(indexOutOfRange,n);Error(indexOutOfRange,n);/返回下标为返回下标为n n的数组元素的数组元素 r
23、eturn alistn;return alistn;直接访问的线性群体24C+语言程序设计为什么有的函数返回引用为什么有的函数返回引用l如果一个函数的返回值是一个对象的如果一个函数的返回值是一个对象的值，它就被认为是一个常量，不能成值，它就被认为是一个常量，不能成为左值。为左值。l如果返回值为引用。由于引用是对象如果返回值为引用。由于引用是对象的别名，所以通过引用当然可以改变的别名，所以通过引用当然可以改变对象的值。对象的值。直接访问的线性群体25C+语言程序设计重载指针转换操作符重载指针转换操作符template template Array:operator T*(void)constA
24、rray:operator T*(void)const /返回当前对象中私有数组的首地址返回当前对象中私有数组的首地址 return alist;return alist;直接访问的线性群体26C+语言程序设计指针转换运算符的作用指针转换运算符的作用#include#include using namespace std;using namespace std;int main()int main()int a10;int a10;void read(void read(int*pint*p,int n);,int n);read(read(a a,10);,10);void read(voi
25、d read(int*pint*p,int n),int n)for(int i=0;in;i+)for(int i=0;ipi;cinpi;int main()int main()Array a(10);Array a(10);void read(void read(int*pint*p,n);,n);read(read(a a,10);,10);void read(void read(int*pint*p,int n),int n)for(int i=0;in;i+)for(int i=0;ipi;cinpi;直接访问的线性群体27C+语言程序设计Array类的应用类的应用l例例9-4求范
26、围求范围2N中的质数，中的质数，N在程序在程序运行时由键盘输入。运行时由键盘输入。直接访问的线性群体28#include#include#include#include#include 9_3.h#include 9_3.husing namespace std;using namespace std;int main()int main()Array A(10);Array A(10);int n;int n;int primecount=0,i,j;int primecount=0,i,j;cout=2 as upper limit for prime numbers:;cout=2 as
27、 upper limit for prime numbers:;cin n;cin n;Aprimecount+=2;/2 Aprimecount+=2;/2是一个质数是一个质数 for(i=3;i n;i+)for(i=3;i n;i+)if(primecount=A.ListSize()A.Resize(primecount+10);if(primecount=A.ListSize()A.Resize(primecount+10);if(i%2=0)continue;if(i%2=0)continue;j=3;j=3;while(j=i/2&i%j!=0)j+=2;while(j i/2)
28、Aprimecount+=i;if(j i/2)Aprimecount+=i;for(i=0;i primecount;i+)for(i=0;i primecount;i+)cout setw(5)Ai;cout setw(5)Ai;if(i+1)%10=0)cout endl;if(i+1)%10=0)cout endl;cout endl;cout endl;2929C+语言程序设计链表链表l链表是一种动态数据结构，可以用来链表是一种动态数据结构，可以用来表示顺序访问的线性群体。表示顺序访问的线性群体。l链表是由系列链表是由系列结点结点组成的，结点可以组成的，结点可以在运行时动态生成。在运
29、行时动态生成。l每一个结点包括每一个结点包括数据域数据域和指向链表中和指向链表中下一个结点的下一个结点的指针指针（即下一个结点的（即下一个结点的地址）。如果链表每个结点中只有一地址）。如果链表每个结点中只有一个指向后继结点的指针，则该链表称个指向后继结点的指针，则该链表称为单链表。为单链表。顺序访问的线性群体30C+语言程序设计单链表单链表 data1 data1 data2 data2 data3 data3 datan NULL datan NULLheadheadrearrear顺序访问的线性群体31C+语言程序设计单链表的结点类模板单链表的结点类模板template template
30、class Nodeclass Node private:private:Node*next;Node*next;public:public:T data;T data;Node(const T&item,Node*ptrnext=NULL);Node(const T&item,Node*ptrnext=NULL);void InsertAfter(Node*p);void InsertAfter(Node*p);Node*DeleteAfter(void);Node*DeleteAfter(void);Node*NextNode(void)const;Node*NextNode(void)c
31、onst;顺序访问的线性群体32C+语言程序设计在结点之后插入一个结点在结点之后插入一个结点 data1 data2 p datatemplate template void Node:void Node:InsertAfterInsertAfter(Node*p)(Node*p)/p /p节点指针域指向当前节点的后继节点节点指针域指向当前节点的后继节点 p-next=next;p-next=next;next=p;/next=p;/当前节点的指针域指向当前节点的指针域指向p p 顺序访问的线性群体33C+语言程序设计 删除结点之后的结点删除结点之后的结点顺序访问的线性群体 data1 dat
32、a2 data3Node*Node:DeleteAfter(void)Node*Node:DeleteAfter(void)Node*tempPtr=next;Node*tempPtr=next;if(next=NULL)if(next=NULL)return NULL;return NULL;next=tempPtr-next;next=tempPtr-next;return tempPtr;return tempPtr;tempPtr34C+语言程序设计链表的基本操作链表的基本操作l生成结点生成结点l插入结点插入结点l查找结点查找结点l删除结点删除结点l遍历链表遍历链表l清空链表清空链表顺
33、序访问的线性群体35C+语言程序设计链表类模板链表类模板(例例9-6)顺序访问的线性群体/9_6.h/9_6.h#ifndef LINKEDLIST_CLASS#ifndef LINKEDLIST_CLASS#define LINKEDLIST_CLASS#define LINKEDLIST_CLASS#include#include#include#include using namespace std;using namespace std;#ifndef NULL#ifndef NULLconst int NULL=0;const int NULL=0;#endif /NULL#endi
34、f /NULL#include 9_5.h#include 9_5.htemplate template class LinkedListclass LinkedListprivate:private:Node*front,*rear;Node*front,*rear;Node*prevPtr,*currPtr;Node*prevPtr,*currPtr;int size;int size;int position;int position;Node*GetNode(const T&item,Node*GetNode(const T&item,Node*ptrNext=NULL);Node*p
35、trNext=NULL);void FreeNode(Node*p);void FreeNode(Node*p);void CopyList(void CopyList(const LinkedList&L);const LinkedList&L);public:public:LinkedList(void);LinkedList(void);LinkedList(const LinkedList&L);LinkedList(const LinkedList&L);LinkedList(void);LinkedList(void);LinkedList&operator=(LinkedList
36、&operator=(const LinkedList&L);const LinkedList&L);int ListSize(void)const;int ListSize(void)const;int ListEmpty(void)const;int ListEmpty(void)const;void Reset(int pos=0);void Reset(int pos=0);void Next(void);void Next(void);int EndOfList(void)const;int EndOfList(void)const;int CurrentPosition(void)
37、const;int CurrentPosition(void)const;void InsertFront(const T&item);void InsertFront(const T&item);void InsertRear(const T&item);void InsertRear(const T&item);void InsertAt(const T&item);void InsertAt(const T&item);void InsertAfter(const T&item);void InsertAfter(const T&item);T DeleteFront(void);T D
38、eleteFront(void);void DeleteAt(void);void DeleteAt(void);T&Data(void);T&Data(void);void ClearList(void);void ClearList(void);#endif /LINKEDLIST_CLASS#endif /LINKEDLIST_CLASS36C+语言程序设计链表类应用举例链表类应用举例(例例9-7)l从键盘输入从键盘输入10个整数，用这些整数作个整数，用这些整数作为结点数据，生成一个链表，按顺序为结点数据，生成一个链表，按顺序输出链表中结点的数值。然后从键盘输出链表中结点的数值。然后从键
39、盘输入一个待查找整数，在链表中查找输入一个待查找整数，在链表中查找该整数，如找到则删除该整数所在的该整数，如找到则删除该整数所在的结点（如果出现多次，全部删除），结点（如果出现多次，全部删除），然后输出删除结点以后的链表。在程然后输出删除结点以后的链表。在程序结束前清空链表。序结束前清空链表。顺序访问的线性群体37C+语言程序设计链表类应用举例链表类应用举例(例例9-7)顺序访问的线性群体#include#include#include 9_6.h#include 9_6.h#include 9_6.cpp#include 9_6.cppusing namespace std;using na
40、mespace std;int main()int main()LinkedList Link;LinkedList Link;int i,key,item;int i,key,item;for(i=0;i 10;i+)for(i=0;i item;cinitem;Link.InsertFront(item);Link.InsertFront(item);cout List:;cout List:;Link.Reset();Link.Reset();while(!Link.EndOfList()while(!Link.EndOfList()coutLink.Data();coutLink.Da
41、ta();Link.Next();Link.Next();cout endl;cout endl;cout cout key;cin key;Link.Reset();Link.Reset();while(!Link.EndOfList()while(!Link.EndOfList()if(Link.Data()=key)if(Link.Data()=key)Link.DeleteAt();Link.DeleteAt();Link.Next();Link.Next();cout List:;cout List:;Link.Reset();Link.Reset();while(!Link.End
42、OfList()while(!Link.EndOfList()cout Link.Data();cout Link.Data();Link.Next();Link.Next();cout endl;cout endl;38C+语言程序设计特殊的线性群体特殊的线性群体栈栈栈是只能从一端访问的线性群体，栈是只能从一端访问的线性群体，可以访问的这一端称栈顶，另一端称栈可以访问的这一端称栈顶，另一端称栈底。底。ana2a1入栈出栈栈顶栈底特殊的线性群体栈39C+语言程序设计栈的应用举例栈的应用举例函数调用函数调用特殊的线性群体栈main调fun(参数)结束fun(参数)返回参数当前现场返回地址入栈当前
43、现场返回地址出栈参数出栈当前现场 返回地址40C+语言程序设计栈的应用举例栈的应用举例表达式处理表达式处理ba/a/b+c*d(a)t1+a/b+c*dt1=a/b(b)dct1*+a/b+c*d(c)t3a/b+c*dt3=t1+t2(e)t2t1+a/b+c*dt2=c*d(d)特殊的线性群体栈41C+语言程序设计栈的基本状态栈的基本状态l栈空栈空栈中没有元素l栈满栈满栈中元素个数达到上限l一般状态一般状态栈中有元素，但未达到栈满状态特殊的线性群体栈42栈顶ana1a0入栈出栈数组下标maxn10一般状态栈顶入栈出栈数组下标初始状态（栈空）maxn10栈顶amaxana1a0入栈出栈数组下
44、标maxn10栈满状态4343C+语言程序设计栈的基本操作栈的基本操作l初始化初始化l入栈入栈l出栈出栈l清空栈清空栈l访问栈顶元素访问栈顶元素l检测栈的状态（满、空）检测栈的状态（满、空）特殊的线性群体栈44C+语言程序设计栈类模板栈类模板(例例9-8)特殊的线性群体栈/9-8.h/9-8.h#ifndef STACK_CLASS#ifndef STACK_CLASS#define STACK_CLASS#define STACK_CLASS#include#include#include#include using namespace std;using namespace std;con
45、st int MaxStackSize=50;const int MaxStackSize=50;template template class Stackclass Stackprivate:private:T stacklistMaxStackSize;T stacklistMaxStackSize;int top;int top;public:public:Stack(void);Stack(void);void Push(const T&item);void Push(const T&item);T Pop(void);T Pop(void);void ClearStack(void)
46、;void ClearStack(void);T Peek(void)const;T Peek(void)const;int StackEmpty(void)const;int StackEmpty(void)const;int StackFull(void)const;int StackFull(void)const;/类的实现略类的实现略45C+语言程序设计栈的应用栈的应用l例例9.9 一个简单的整数计算器一个简单的整数计算器实现一个简单的整数计算器，能够进行加、减、乘、除和乘方运算。使用时算式采用后缀输入法，每个操作数、操作符之间都以空白符分隔。例如，若要计算3+5则输入3 5 +。乘方
47、运算符用表示。每次运算在前次结果基础上进行，若要将前次运算结果清除，可键入c。当键入q时程序结束。l9-9.h 9-9.cpp特殊的线性群体栈46/9_9.h/9_9.h#include#include#include#include#include#include#include#include using namespace std;using namespace std;enum Boolean False,True;enum Boolean False,True;#include 9_8.h#include 9_8.h class class CalculatorCalculator
48、private:private:Stack S;Stack S;void Enter(int num);void Enter(int num);Boolean GetTwoOperands(int&opnd1,int&opnd2);Boolean GetTwoOperands(int&opnd1,int&opnd2);void Compute(char op);void Compute(char op);public:public:void Run(void);void Run(void);void Clear(void);void Clear(void);4747void Calculato
49、r:void Calculator:EnterEnter(int num)(int num)S.Push(num);S.Push(num);Boolean Calculator:Boolean Calculator:GetTwoOperandsGetTwoOperands(int&opnd1,int&opnd2)int&opnd1,int&opnd2)if(S.StackEmpty()if(S.StackEmpty()cerr Missing operand!endl;cerr Missing operand!endl;return False;return False;opnd1=S.Pop
50、();opnd1=S.Pop();if(S.StackEmpty()if(S.StackEmpty()cerr Missing operand!endl;cerr Missing operand!endl;return False;return False;opnd2=S.Pop();opnd2=S.Pop();return True;return True;4848void Calculator:void Calculator:ComputeCompute(char op)(char op)Boolean result;Boolean result;int operand1,operand2