Б. Страуструп - Язык программирования С++ (1119446), страница 57
Текст из файла (страница 57)
Такие создаваемые функции будут совершенно обычными функциями-членами,например:void stack<complex>::push(complex a) { *p++ = a; }Здесь отличие от обычной функции-члена только в форме имени класса. Точно так же, как в программеможет быть только одно определение функции-члена класса, возможно только одно определениешаблона типа для функции-члена шаблонного класса. Если требуется определение функции-членашаблонного класса для конкретного типа, то задача системы программирования найти шаблон типа дляэтой функции-члена и создать нужную версию функции. В общем случае система программированияможет рассчитывать на указания от программиста, которые помогут найти нужный шаблон типа.Важно составлять определение шаблона типа таким образом, чтобы его зависимость от глобальныхданных была минимальной.
Дело в том, шаблон типа будет использоваться для порождения функций иклассов на основе заранее неизвестного типа и в неизвестных контекстах. Практически любая, дажеслабая зависимость от контекста может проявиться как проблема при отладке программыпользователем, который, вероятнее всего, не был создателем шаблона типа.
К совету избегать,насколько это возможно, использований глобальных имен, следует относиться особенно серьезно приразработке шаблона типа.8.3 Шаблоны типа для спискаНа практике при разработке класса, служащего коллекцией объектов, часто приходится учитыватьвзаимоотношения использующихся в реализации классов, управление памятью и необходимостьопределить итератор по содержимому коллекции. Часто бывает так, что несколько родственныхклассов разрабатываются совместно ($$12.2). В качестве примера мы предложим семейство классов,представляющих односвязные списки и шаблоны типа для них.206Бьерн Страуструп.Язык программирования С++8.3.1 Список с принудительной связьюВначале определим простой список, в котором предполагается, что в каждом заносимом в списокобъекте есть поле связи.
Потом этот список будет использоваться как строительный материал длясоздания более общих списков, в которых объект не обязан иметь поле связи. Сперва в описанияхклассов будет приведена только общая часть, а реализация будет дана в следующем разделе. Этоделается за тем, чтобы вопросы проектирования классов не затемнялись деталями их реализации.Начнем с типа slink, определяющего поле связи в односвязном списке:struct slink {slink* next;slink() { next = 0; }slink(slink* p) { next = p; }};Теперь можно определить класс, который может содержать объекты любого, производного от slink,класса:class slist_base {// ...public:int insert(slink*);int append(slink*);slink* get();// ...};// добавить в начало списка// добавить к концу списка// удалить и возвратить начало спискаТакой класс можно назвать списком с принудительной связью, поскольку его можно использоватьтолько в том случае, когда все элементы имеют поле slink, которое используется как указатель наslist_base.
Само имя slist_base (базовый односвязный список) говорит, что этот класс будетиспользоваться как базовый для односвязных списочных классов. Как обычно, при разработкесемейства родственных классов возникает вопрос, как выбирать имена для различных членовсемейства. Поскольку имена классов не могут перегружаться, как это делается для имен функций, дляобуздания размножения имен перегрузка нам не поможет.Класс slist_base можно использовать так:void f(){slist_base slb;slb.insert(new slink);// ...slink* p = slb.get();// ...delete p;}Но поскольку структура slink не может содержать никакой информации помимо связи, этот пример неслишком интересен.
Чтобы воспользоваться slist_base, надо определить полезный, производный отslink, класс. Например, в трансляторе используются узлы дерева программы name (имя), которыеприходится связывать в список:class name : public slink {// ...};void f(const char* s){slist_base slb;slb.insert(new name(s));// ...name* p = (name*)slb.get();207Бьерн Страуструп.Язык программирования С++// ...delete p;}Здесь все нормально, но поскольку определение класса slist_base дано через структуру slink,приходится использовать явное приведение типа для преобразования значения типа slink*,возвращаемого функцией slist_base::get(), в name*. Это некрасиво.
Для большой программы, в котороймного списков и производных от slink классов, это к тому же чревато ошибками. Нам пригодилась бынадежная по типу версия класса slist_base:template<class T>class Islist : private slist_base {public:void insert(T* a) { slist_base::insert(a); }T* get() { return (T*) slist_base::get(); }// ...};Приведение в функции Islist::get() совершенно оправдано и надежно, поскольку в классе Islistгарантируется, что каждый объект в списке действительно имеет тип T или тип производного от Tкласса. Отметим, что slist_base является частным базовым классом Islist. Мы нет хотим, чтобыпользователь случайно натолкнулся на ненадежные детали реализации.Имя Islist (intrusive singly linked list) обозначает односвязный список с принудительной связью. Этотшаблон типа можно использовать так:void f(const char* s){Islist<name> ilst;ilst.insert(new name(s));// ...name* p = ilst.get();// ...delete p}Попытки некорректного использования будет выявлены на стадии трансляции:class expr : public slink {// ...};void g(expr* e){Islist<name> ilst;ilst.insert(e);// ошибка: Islist<name>::insert(),// а нужно name*// ...}Нужно отметить несколько важных моментов относительно нашего примера.
Во-первых, решениенадежно в смысле типов (преграда тривиальным ошибкам ставится в очень ограниченной частипрограммы, а именно, в функциях доступа из Islist). Во-вторых, надежность типов достигается безувеличения затрат времени и памяти, поскольку функции доступа из Islist тривиальны и реализуютсяподстановкой. В-третьих, поскольку вся настоящая работа со списком делается в реализации классаslist_base (пока еще не представленной), никакого дублирования функций не происходит, а исходныйтекст реализации, т.е. функции slist_base, вообще не должен быть доступен пользователю. Это можетбыть существенно в коммерческом использовании служебных программ для списков. Кроме того,достигается разделение между интерфейсом и его реализацией, и становится возможной сменареализации без перетрансляции программ пользователя.
Наконец, простой список с принудительнойсвязью близок по использованию памяти и времени к оптимальному решению. Иными словами, такойподход близок к оптимальному по времени, памяти, упрятыванию данных и контролю типов и в тоже208Бьерн Страуструп.Язык программирования С++время он обеспечивает большую гибкость и компактность выражений.К сожалению, объект может попасть в Islist только, если он является производным от slink. Значитнельзя иметь список Islist из значений типа int, нельзя составить список из значений какого-то ранееопределенного типа, не являющегося производным от slink.
Кроме того, придется постараться, чтобывключить объект в два списка Islist ($$6.5.1).8.3.2 Список без принудительной связиПосле "экскурса" в вопросы построения и использования списка с принудительной связью перейдем кпостроению списков без принудительной связи. Это значит, что элементы списка не обязаны содержатьдополнительную информацию, помогающую в реализации списочного класса. Поскольку мы больше неможем рассчитывать, что объект в списке имеет поле связи, такую связь надо предусмотреть вреализации:template<class T>struct Tlink : public slink {T info;Tlink(const T& a) : info(a) { }};Класс Tlink<T> хранит копию объектов типа T помимо поля связи, которое идет от его базового классаslink.
Отметим, что используется инициализатор в виде info(a), а не присваивание info=a. Этосущественно для эффективности операции в случае типов, имеющих нетривиальные конструкторыкопирования и операции присваивания ($$7.11). Для таких типов (например, для String) определивконструктор какTlink(const T& a) { info = a; }мы получим, что будет строиться стандартный объект String, а уже затем ему будет присваиватьсязначение.Имея класс, определяющий связь, и класс Islist, получить определение списка безпринудительной связи совсем просто:template<class T>class Slist : private slist_base {public:void insert(const T& a){ slist_base::insert(new Tlink<T>(a)); }void append(const T& a){ slist_base::append(new Tlink<T>(a)); }T get();// ...};template<class T>T Slist<T>::get(){Tlink<T>* lnk = (Tlink<T>*) slist_base::get();T i = lnk->info;delete lnk;return i;}Работать со списком Slist так же просто, как и со списком Ilist.
Различие в том, что можно включать вSlist объект, класс которого не является производным от slink, а также можно включать один объект вдва списка:void f(int i){Slist<int> lst1;Slist<int> lst2;lst1.insert(i);209Бьерн Страуструп.Язык программирования С++lst2.insert(i);// ...int i1 = lst1.get();int i2 = lst2.get();// ...}Однако, список с принудительной связью, например Islist, позволял создавать существенно болееэффективную программу и давал более компактное представление.
Действительно, при каждомвключении объекта в список Slist нужно разместить объект Tlink, а при каждом удалении объекта из Slistнужно удалить объект Tlink, причем каждый раз копируется объект типа T. Когда возникает такаяпроблема дополнительных расходов, могут помочь два приема. Во-первых, Tlink является прямымкандидатом для размещения с помощью практически оптимальной функции размещения специальногоназначения (см. $$5.5.6). Тогда дополнительные расходы при выполнении программы сократятся дообычно приемлемого уровня. Во-вторых, полезным оказывается такой прием, когда объекты хранятся в"первичном" списке, имеющим принудительную связь, а списки без принудительной связи используютсятолько, когда требуется включение объекта в несколько списков:void f(name* p){Islist<name> lst1;Slist<name*> lst2;lst1.insert(p);lst2.insert(p);////////связь через объект `*p'для хранения `p' используетсяотдельный объект типа список...}Конечно, подобные трюки можно делать только в отдельном компоненте программы, чтобы недопустить путаницы списочных типов в интерфейсах различных компонент.
Но это именно тот случай,когда ради эффективности и компактности программы на них стоит идти.Поскольку конструктор Slist копирует параметр для insert(), список Slist пригоден только для такихнебольших объектов, как целые, комплексные числа или указатели. Если для объектов копированиеслишком накладно или неприемлемо по смысловым причинам, обычно выход бывает в том, чтобывместо объектов помещать в список указатели на них.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
