Язык программирования C++ для профессионалов
Простой шаблон типа
Шаблон типа для класса задает способ построения отдельных классов, подобно тому, как описание класса задает способ построения его отдельных объектов. Можно определить стек, содержащий элементы произвольного типа:
template<class T> class stack { T* v; T* p; int sz;
public: stack(int s) { v = p = new T[sz=s]; } ~stack() { delete[] v; }
void push(T a) { *p++ = a; } T pop() { return *--p; }
int size() const { return p-v; } };
Для простоты не учитывался контроль динамических ошибок. Не считая этого, пример полный и вполне правдоподобный.
Префикс template<class T> указывает, что описывается шаблон типа с параметром T, обозначающим тип, и что это обозначение будет использоваться в последующем описании. После того, как идентификатор T указан в префиксе, его можно использовать как любое другое имя типа. Область видимости T продолжается до конца описания, начавшегося префиксом template<class T>. Отметим, что в префиксе T объявляется типом, и оно не обязано быть именем класса. Так, ниже в описании объекта sc тип T оказывается просто char.
Имя шаблонного класса, за которым следует тип, заключенный в угловые скобки <>, является именем класса (определяемым шаблоном типа), и его можно использовать как все имена класса. Например, ниже определяется объект sc класса stack<char>:
stack<char> sc(100); // стек символов
Если не считать особую форму записи имени, класс stack<char> полностью эквивалентен классу определенному так:
class stack_char { char* v; char* p; int sz; public: stack_char(int s) { v = p = new char[sz=s]; } ~stack_char() { delete[] v; }
void push(char a) { *p++ = a; } char pop() { return *--p; }
int size() const { return p-v; } };
Можно подумать, что шаблон типа - это хитрое макроопределение, подчиняющееся правилам именования, типов и областей видимости, принятым в С++. Это, конечно, упрощение, но это такое упрощение, которое помогает избежать больших недоразумений. В частности, применение шаблона типа не предполагает каких-либо средств динамической поддержки помимо тех, которые используются для обычных "ручных" классов. Не следует так же думать, что оно приводит к сокращению программы.
Обычно имеет смысл вначале отладить конкретный класс, такой, например, как stack_char, прежде, чем строить на его основе шаблон типа stack<T>. С другой стороны, для понимания шаблона типа полезно представить себе его действие на конкретном типе, например int или shape*, прежде, чем пытаться представить его во всей общности.
Имея определение шаблонного класса stack, можно следующим образом определять и использовать различные стеки:
stack<shape*> ssp(200); // стек указателей на фигуры stack<Point> sp(400); // стек структур Point
void f(stack<complex>& sc) // параметр типа `ссылка на // complex' { sc.push(complex(1,2)); complex z = 2.5*sc.pop();
stack<int>*p = 0; // указатель на стек целых p = new stack<int>(800); // стек целых размещается // в свободной памяти for ( int i = 0; i<400; i++) { p->push(i); sp.push(Point(i,i+400)); }
// ... }
Поскольку все функции- члены класса stack являются подстановками, и в этом примере транслятор создает вызовы функций только для размещения в свободной памяти и освобождения.
Функции в шаблоне типа могут и не быть подстановками, шаблонный класс stack с полным правом можно определить и так:
template<class T> class stack { T* v; T* p; int sz; public: stack(int); ~stack();
void push(T); T pop();
int size() const; };
В этом случае определение функции-члена stack должно быть дано где-то в другом месте, как это и было для функций- членов обычных, нешаблонных классов. Подобные функции так же параметризируются типом, служащим параметром для их шаблонного класса, поэтому определяются они с помощью шаблона типа для функции. Если это происходит вне шаблонного класса, это надо делать явно:
template<class T> void stack<T>::push(T a) { *p++ = a; }
template<class T> stack<T>::stack(int s) { v = p = new T[sz=s]; }
Отметим, что в пределах области видимости имени stack<T> уточнение <T> является избыточным, и stack<T>::stack - имя конструктора.
Задача системы программирования, а вовсе не программиста, предоставлять версии шаблонных функций для каждого фактического параметра шаблона типа. Поэтому для приводившегося выше примера система программирования должна создать определения конструкторов для классов stack<shape*>, stack<Point> и stack<int>, деструкторов для stack<shape*> и stack<Point>, версии функций push() для stack<complex>, stack<int> и stack<Point> и версию функции pop() для stack<complex>. Такие создаваемые функции будут совершенно обычными функциями-членами, например:
