LEC_cpp7 (1119522)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

8 лекция - C++ (7).

Шаблоны. Шаблонные методы и классы.

Механизм шаблонов, реализующий параметрический полиморфизм, был включен Б.Страуструпом в С++ для облегчения разработки универсальных библиотек.

Шаблон представляет собой предварительное описание функции или типа, конкретное представление которых зависит от параметров шаблона. То есть, если необходимо написать функцию нахождения суммы элементов числовых массивов разных типов (например, int, float или double), вместо 3-х различных функций можно один раз написать шаблон.

Для описания шаблонов используется ключевое слово template, вслед за которым указываются аргументы (параметры шаблона), заключенные в угловые скобки. Параметры шаблона перечисляются через запятую, и могут быть как объектами, так и именами типов (при этом перед именем типа надо указывать ключевое слово class). Использование шаблонов позволяет создавать универсальные алгоритмы, без привязки к конкретным типам.

Шаблоны функций.

Шаблон функции объявляется следующим образом:

template <список_параметров_шаблона>

возвращаемый_тип имя_функции ( список_аргументов_функции )

{ /*...*/ }

При обращении к функции-шаблону после имени функции в угловых скобках указываются фактические параметры шаблона - имена реальных типов или значения объектов (явное задание):

имя_функции <список_фактич._параметров_шаблона> (список_фактич_аргументов_функции );

Так, упомянутый шаблон функции суммирования элементов массива может быть написан следующим образом:

template <class T>

T sum ( T array[], int size ) {

T res = 0;

for ( int i = 0; i < size; i++ ) res += array[i];

return res;

}

Для конкретного использования данного шаблона для массивов, например, типа int [10] необходимо написать:

int iarray [10];

int i_sum;

//...

i_sum = sum <int> ( iarray, 10 );

Встретив такую конструкцию, компилятор сгенерирует конкретную реализацию функции sum с учётом специфицированных параметров.

Так как допускается параметризовать шаблоны не только именами типов, но и объектами, то аргумент size можно указать в виде параметра шаблона:

template <class T, int size >

T sum ( T array[] ) { /* ... */ }

Тогда вызов sum будет выглядеть соответственно:

i_sum = sum <int, 10> ( iarray );

Компилятор может и сам "вывести" значение параметра-типа шаблона из типа фактического параметра шаблонной функции, но этот вывод должен быть однозначным. Например, в следующих случаях:

Пример 1.

class complex

{... public: complex ( double r = 0, double i = 0 );

operator double (); ......

};

template <class T>

T f ( T& x, T& y ) {

return x > y ? x : y;

}

double f ( double x, double y ){

return x > y ? -x : -y;

}

int main (){

complex a ( 2, 5 ), b ( 2, 7 ), c;

double x = 3.5, y = 1.1;

int i, j = 8, k = 10;

c = f ( a, b ); // f <complex> (a,b)

x = f ( a, y ); // f (double, double)

i = f ( j, k ); // f <int>

return 0;

}

Пример 2.

template <class T> T max (T& x, T& y)

{ return x > y ? x : y; }

int main (){

double x = 1.5, y = 2.8, z;

int i = 5, j = 12, k;

char *s1 = "abft";

char *s2 = "abxde", *s3;

z = max ( x, y ); // max <double>

k = max <int> (i, j); // max <int>

//z = max (x, i);// Err! - неоднозначный выбор параметров

z = max <double> ( y, j );

s3 = max (s2, s1);

return 0;

}

По сути, при создании функции-шаблона создается функция, которая может автоматически перегружаться компилятором. Однако функцию-шаблон можно перегрузить и явно.

Шаблоны типов.

Шаблоны создаются для классов, имеющих общую логику работы, например, для классов, реализующих стек для хранения величин разных типов данных.

Для определения шаблона типа перед ключевым словом class аналогично помещается template-квалификатор.

template <список_параметров_шаблона_типа> class имя_класса{ /*...*/ };

Конкретный экземпляр шаблона класса можно создать так:

имя_класса <список фактич_парам> объект;

Функции-члены класса-шаблона автоматически становятся функциями-шаблонами. Для них не обязательно явно задавать ключевое слово template.

В качестве примера рассмотрим шаблон класса stack:

template <class T, int max_size >

class stack {

T s [max_size];

int top;

public:

stack () { top = 0;}

void reset () { top = 0;}

void push (T i);

T pop ();

bool is_empty () { return top == 0;}

bool is_full () { return top == max_size;}

};

template <class T, int max_size >

void stack <T, max_size > :: push (T i) {

if ( ! is_full () ){

s [top] = i;

top ++;

}

else

throw "stack_is_full";

}

template <class T, int max_size >

T stack <T, max_size > :: pop () {

if ( ! is_empty () ){

top --;

return s [top];

}

else

throw "stack_is_empty";

}

Шаблоны методов.

Можно использовать шаблоны функций-членов в классах, не являющихся шаблонами. Главное ограничение на использование шаблонов функций-членов заключается в запрете на определение шаблона для виртуальных методов, из-за возникающих больших накладных расходов на возможную перестройку таблиц виртуальных методов при компиляции.

Терминология:

Инстанцирование шаблона - генерация объявления класса по шаблону.

Специализация - версия шаблона для конкретных аргументов шаблона.

Порожденная функция - конкретный экземпляр функции-шаблона.

Виды отношений между классами

(с примерами визуализации фрагментов моделей программ на языке UML)

Обычно при проектировании программ, разрабатываемых в объектно-ориентированном стиле, взаимосвязь используемых в них классов и объектов обычно представляют в виде диаграмм (например, языка UML).

Классы принято ( в UML) представлять в виде прямоугольника, состоящего из трех частей: сверху – имя класса, в середине – члены данные, возможно, с указанием типов, а внизу – прототипы методов класса. Имена абстрактных классов и чистых виртуальных функций выделяются курсивом. Перед описанием имени члена класса или метода можно указать спецификатор доступа с помощью значков + (public), - (private) или # (protected). Для статических членов класса после спецификатора доступа указывается символ $.

В зависимости от уровня абстракции представления модели программы схематичное описание класса может быть более или менее подробным. В частности, на начальных стадиях проектирования, класс может быть обозначен просто своим именем.

Большинство ООЯП поддерживают следующие виды отношений между классами:

1. Ассоциация.

2. Наследование.

3. Агрегация.

4. Использование.

5. Инстанцирование.

(1) Ассоциация – отношение, показывающее, что два класса концептуально взаимодействуют друг с другом.

Отношение ассоциации удобно представлять в виде ER- диаграмм (entity – relationships – сущность - связь), в основном используемым при разработке реляционных баз данных. Связи изображаются сплошными линиями без направления.

Виды связей, представляемых ER-диаграммами:

1—1

1—N

N—N

Различают обязательное и необязательное участие сущностей в установленных между ними связях.

Примеры:

п окупатель 0...N ----- 0...N товары

многоугольник 1 ----- 3...N вершина

(2) Наследование.

Часть – общее ( “ is a ”). Отношение задается в виде стрелки с незакрашенным треугольником на конце, которая указывает на базовый класс.

Животное <---- кошка

базовый класс производный класс

суперкласс подкласс

(3) Агрегация.

Часть – целое (“ has a ”).

Различают строгую агрегацию – композицию (см. лекцию о конструкторах) и нестрогую агрегацию - агрегацию (при этом один объект может быть включен в разные объекты одновременно). Композиция обозначается стрелкой с закрашенным ромбом на конце, направленной на включающий класс, а агрегация – стрелкой с незакрашенным ромбом на конце.

Примеры:

т реугольник ----- 3 точка.

class triangle {...

point p1,p2,p3; ...

}

м агазин ----- 0...N товар.

class shop {...

goods * g; ...

}

(4) Использование (зависимость)

• в прототипе функции-члена одного класса используется имя другого класса;

• в теле функции-члена одного класса - локальный объект другого класса;

• в теле функции-члена одного класса вызывается функция другого класса.

При этом использующий класс называют client, а используемый supplier. Такое отношение обозначается пунктирной стрелкой указывающей на класс supplier.

Пример:

треугольник____ ------> точка

+move (точка p1,... )

(5) Инстанцирование – связь между шаблоном класса и классом - результатом генерации по шаблону (обозначается стрелкой, идущей от шаблона к конкретной его реализации).

Повторное использование кода

Повторное использование кода (англ. code reuse) — методология проектирования компьютерных систем, заключающаяся в том, что программа частично, либо полностью составляется из частей, написанных ранее компонентов и/или частей другой программы или использует ранее написанные фрагменты кода. Повторное использование — основная методология, которая применяется для сокращения трудозатрат при разработке сложных систем.

Самый распространённый случай повторного использования кода — библиотеки программ. Библиотеки предоставляют общую достаточно универсальную функциональность, покрывающую избранную предметную область. Примеры: библиотека функций для работы с комплексными числами, библиотека функций для работы с 3D-графикой, библиотека для использования протокола TCP/IP, библиотека для работы с базами данных. Разработчики новой программы могут использовать существующие библиотеки для решения своих задач и не «изобретать велосипеды».

Критерии проектирования стандартной библиотеки.

1. Общезначимость содержимого.

2. Эффективность.

3. Безопасность (использование библиотеки не должно провоцировать ошибки, а наоборот, снижать их вероятность).

4. Завершенность (библиотека должна обеспечить достаточную функциональность, чтобы ни у кого не возникало желания что-то заменить или доопределить).

5. Сочетаемость с базовыми типами данных.

6. Должна служить фундаментом для создания других библиотек.

Стандартная библиотека С++ :

1) обеспечивает поддержку свойств языка (например, управление памятью (поддержка new и delete), предоставление информации о типах во время выполнения программы, поддержка обработки исключений…) - средства, которые используются при запуске программы,

2) предоставляет информацию о зависящих от реализации аспектах языка (например, максимальное значение float),

3) предоставляет программисту общеупотребительные математические и некоторые другие функции (например, sqrt(), генератор случайных чисел…),

4) предоставляет программисту некоторые нетривиальные и машинно-зависимые средства, что позволяет писать переносимые программы (например, списки, функции сортировки, потоки ввода/вывода).

6

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов лекций