И.Г. Головин, И.А. Волкова - Языки и методы программирования (1160773), страница 32

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

Текст из файла (страница 32)

Частичная специализа­ция порождает новый вариант параметризованного шаблона, кото­рый является частным случаем общего шаблона. Набор аргументов,подходящих для частичной специализации, подходит и для общего163шаблона, но является «более точным». Например, общий шаблониспользует просто имя любого типа, а частичная специализация —тип указателя, тип массива, функциональный тип и т. п. Другимвариантом специализации является меньшее число параметров, чемв общем случае, и т.д. Точное определение понятия «более точный»дано в стандарте C++, и здесь мы не будем вдаваться в детали.Пример шаблона, нуждающегося в частичной специализации, —шаблон класса Stack (другой пример — класс DynVector), со­держащий ряд нетривиальных операций. Как уже отмечалось, длялюбого нового типа хранимых элементов порождается новый наборопераций.

Причем для ряда типов эти операции делают одно и то же.Например, для указателей все операции над стеком неразличимы.Однако для каждого указательного типа порождается свой набор, чтоприводит к недопустимому разрастанию машинного кода, которыйпроизводит одни и те же операции.Рассмотрим специализацию стека для указателей. Она будетреализована как частный случай (т. е. как конкретизация шаблономсамого себя) — стек, хранящий указатели типа void*:template <typename Т> class Stack; // общий шаблонtemplate ctypename T> class Stack <T*>// специализация: private Stack <void*> {// наследует конкретизацию общего шаблона// закрытым образомtypedef Stack <void*> BASE;publ i c :explicit Stack(int sz) : BASE(sz) {}T * Pop() { return (T*)BASE::P o p ();}void Push (T * p) { B A S E ::Push (p); }void Swap () {B A S E ::swap ();}// ...

переадресация других методов};Stack <int> s(256); // общий шаблонStack <const char *> strs(64);// частично специализированныйs t r s .P u s h ("sample");10.3. Особенности реализациипараметрического полиморфизма в языкахC# и JavaВ языках C# и Java синтаксис обобщенных типов проще, чемв языке C++, поскольку параметром обобщения здесь может бытьтолько тип (поэтому указывать этот факт не надо):164class и мя-обобщен ного-типа <список-параметров>{ объявления-членов }Конкретизация в C# и Java имеет вид такой же, как и в C++, и рас­сматривается как имя нового типа:class X <Т> { ...

}class Y { ... }// обобщенный тип// обычный типX<Y> s = new X<Y>(); // создан экземпляр конкретного// классаX <Y> si = s; // две ссылки на объект конкретного// классаРассмотрим пример обобщенного типа стек на C# и Java (ис­пользуя код из гл.

7), который несмотря на простоту, демонстрируетхарактерные различия между подходами к параметрическому поли­морфизму в этих двух языках (хотя общего в этих подходах большепо сравнению с шаблонами C++):class Stack<T>{Т [] body;int top;public Stack(int size){body = new T[size];top = 0;}public T Pop() { return b o d y [— top]; }public void Push(T x) { body[top++] = x; }public bool IsEmpty {get { return top ==0; }}public bool IsFull {get { return top == body.Length;}}}Приведем пример использования созданного стека:Stack<int> s = new Stack<int>(16);int [] x = {1,2,3,4,5,6,7};foreach (int k in x) s.Push(k);while (!s.IsEmpty) Console.WriteLine(s.Pop ()) ;Stack <double> sd = new Stack <double>(32);double [] xx = {1.1,2.2,3.3,4.4,5.5,6.6,7.7};foreach (double k in xx) sd.Push(k);while (! sd.

IsEmpty) Console.WriteLine (sd.PopO);165Обратим внимание на два момента.Во-первых, нельзя использовать объекты стеки для храненияразнотипных данных. Универсальный стек (из Obj ect) мог быть ис­пользован для работы с обоими массивами (int [ ] х и double [ ] хх),но в данном примере следует создавать два стека. Попытка записатьв stack<int> целое число будет пресечена транслятором.

Такимобразом, созданный стек безопасен с точки зрения типов. Работаяс таким стеком, можно быть уверенным, что никаких исключений,связанных с неверным преобразованием ссылок, не будет.Во-вторых, получившийся вариант более эффективен вслед­ствие отсутствия неявных операций упаковки в объект типов зна­чений. Ранее эта операция незаметно происходила при обращениик Push (). Сейчас мы имеем свой вариант Push () для каждого видастека. В конечном счете компилятор генерирует отдельный код дляконкретизации типом значений, а также для конкретизации ссылоч­ными типами. Таким образом, если в программе есть конкретизацииStack <double>, Stack<int>, Stack<String>, Stack<char[]>,то будет сгенерировано три набора функций членов: по одному на­бору для каждого типа значений (double, int) и один набор дляссылочных типов (String, char [ ]).

Отметим, что возможностьгенерировать один и тот же код для типов-ссылок связана с тем, чтос точки зрения стека типы отличаются только размером. Если размертипов одинаковый, то код функций, копирующих значения этоготипа, тоже одинаковый.Каждый набор сгенерированных методов не использует функцииупаковки-распаковки и проверяемые преобразования типов (пра­вильность соответствия типов уже проверена компилятором), чтотакже повышает эффективность по сравнению с универсальнымтипом.Теперь рассмотрим реализацию обобщенного типа на Java:Stack<Integer> s = new Stack<Integer> (32);int [] x = {1,2,3,4,5,6,7} ;for (int k : x) s.Push(k);while (!s .IsEmpty()) System.out.println (s.Pop ());Stack <Double> sd = new Stack<Double> (12);double [] xx = {1.1,2.2,3.3,4.4,5.5,6.6,7.7};for (double k : xx) sd.Push(k);while (!sd.IsEmpty()) System.out.println(sd.Pop());По сравнению с предыдущим вариантом имеем два важных из­менения.Во-первых, в стеке хранятся ссылки типа Object (как в универ­сальном типе Stack), а не объекты типа параметра т, как в С#.

Этосвязано с тем, что в Java нельзя создавать массивы объектов типапараметра, как нельзя создавать и объекты типа параметра (new Т ()запрещено) внутри обобщенного класса.166Во-вторых, вместо Stack<int> (Stack<double>) используетсяStack<Integer> (Stack<Double>). Это связано с тем, что аргумен­тами конкретизаций могут быть только ссылочные типы, поэтомунеобходимо пользоваться классами-обертками.Эти ограничения продиктованы уже упоминавшимся в подразд.

10.1 обстоятельством: компилятор Java не сохраняет информа­цию о конкретизированных типах в программе (она используетсятолько на этапе трансляции). В отличие от С#, где для каждой раз­новидности типа генерируется свой набор функций-членов, в Javaиспользуется только код, сгенерированный по объявлению обобщен­ного типа. В объявлении никакой информации о типе нет, поэтомукод функций членов генерируется, как для ссылок на тип Object.Более того, обобщенный тип стек можно использовать и как обыч­ный универсальный тип (хотя делать это настоятельно не рекомен­дуется). В нашем случае универсальный тип Stack (см.

пример егоиспользования под разд. 7.1) будет прекрасно без всяких измененийработать и с обобщенным типом Stack.Зачем же тогда обобщенные типы в Java? Как и в С#, для надеж­ности: использование параметризованных контейнеров позволяетгарантировать, что они хранят объекты требуемого типа и не воз­буждают исключения, связанные с неверными преобразованиями.Очевидно, что повышенная безопасность — это основная цель до­бавления в язык механизма обобщений.Основной принцип современного индустриального программиро­вания заключается в том, что безопасность важнее эффективности.Рассмотрим еще одну конструкцию, связанную с обобщениями, —ограничения.Зададимся вопросом, что компилятору необходимо знать о типепараметре, чтобы скомпилировать объявления обобщенного типа.В языке C# необходимо знать, является ли тип типом значений,и если является, то каков его размер.

Про остальные типы известно,что это ссылки. Данной информации компиляторам Java и C# до­статочно, чтобы скомпилировать объявления, в которых значениятипа-параметра только присваиваются и передаются как параметр(строго говоря, можно вызывать операции для класса Object, по­скольку каждый тип гарантированно их поддерживает).Однако ни про какие другие операции компилятор ничего незнает. Поэтому вызов «нестандартных» операций изнутри обобщенийприводит к выдаче ошибки, т. е. компилятор не знает, поддержива­ется ли эта операция, поэтому и выдает ошибку, ведь гарантироватьправильность вызова операции нельзя.Ограничение — это конструкция, сообщающая компиляторуо том, что тип параметра поддерживает некоторые специфичные опе­рации, которые можно применять к значениям этого типа.

В моментконкретизации компилятор проверит, правилен ли тип-аргумент, т. е.поддерживает ли он перечисленные в ограничении операции.167Как сообщить о наличии у типа некоторых операций, отличныхот операций над Ob j ect, и откуда вообще берутся такие операции?Конечно же, новые операции появляются в языках C# и Java приобъявлении производного класса (от Object или от другого типа),когда программист определяет эти операции в объявлении класса.Других способов определения новых операций нет.

Вот и решениепроблемы: сообщить компилятору о том, что тип-параметр долженсовпадать или быть производным от типа, где определяется этаоперация.В C# синтаксис ограничений следующий:where список-ограниченийОграничение появляется после имени обобщенного класса. Огра­ничение может быть:• требованием наследоваться от определенного класса BaseClass(Т whereТ :BaseClass);• требованием быть типом значений (where Т: struct);• требованием иметь доступный конструктор умолчания (whereТ : new).Например:class Gen <Т,Х> where Trstruct, IComparable, X:new(){ ... }В Java допускается только требование наследования от определен­ного типа (Т extends BaseClass), поэтому ограничение ставитсявнутри списка параметров:class Gen <Т extends Comparable, X > { ...

}Рассмотрим пример контейнера, про элементы которого пред­полагается, что они являются производными от некоторого классаGood, содержащего операцию int getPrice (). Это необходимодля реализации операции вычисления суммарной цены всех элемен­тов контейнера. Конечно, можно описать контейнер в следующемвиде:class Container <Т extends Good>{int getOverallPrice (){. . .

T x; ... x .getPrice (); // корректно}}Однако такое решение не универсально, поскольку от любогопользователя контейнера требуется обязательно наследовать откласса Good, что слишком ограничительно (может мне ничего боль­ше и не надо кроме контейнера, а мне подсовывают еще и класс168в нагрузку). Лучшее решение (и самое общее) — ввести интерфейс,декларирующий метод getPrice (), и использовать его:interface IPricedltem{int getPrice ();}class Container <T extends IPricedItem>{int getOverallPrice(){. .

. T x;... x .getPrice (); // корректно}}Теперь любой класс, реализовавший интерфейс IPricedltem,может использовать обобщенный контейнер.Теперь рассмотрим пример контейнера, использующего упоря­дочение элементов. Чтобы сделать его максимально общим, следуетиспользовать стандартный интерфейс IComp а г able:class MyDict <Т> where Т: IComparable{// теперь можно использовать операцию сравнения// элементов контейнера: CompareTo(Object х)}Еще лучше использовать обобщенный стандартный интерфейс(для каждого подобного универсального класса и интерфейса суще­ствует обобщенный вариант):class MyDict <Т> where Т: IComparable<T>{// теперь можно использовать операцию сравнения// элементов контейнера: int CompareTo (Т х)}MyDict<String> stringDict = new MyDict<String> ();// корректно: строки поддерживают сравнениеMyDict<int> intDict = new MyDict<int> ();// тоже корректно: целые поддерживают сравнениеMyDict<Object> intDict = new MyDict< Object >();// ошибка компиляции — объекты в общем случае нельзя// сравниватьЯсно, что главная цель введения ограничений — повышение на­дежности обобщенных классов и методов..

Характеристики

Список файлов книги