straustrup2 (852740), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Чтобы определениеэтого класса было полным, необходимо определить, по крайней мере, такие операции: *, ->, =, ++ и--. Не выдавайте динамическую ошибку, пока действительно не произойдет обращение поуказателю с неопределенным значением.20. (*1.5) Перепишите пример с программой подсчета слов из $$7.7 так, чтобы в ней не было заранеезаданной максимальной длины слова.203Бьерн Страуструп.Язык программирования С++ГЛАВА 8. ШАБЛОНЫ ТИПАВот ваша цитата- Бьерн СтрауструпВ этой главе вводится понятие шаблона типа. С его помощью можно достаточно просто определить иреализовать без потерь в эффективности выполнения программы и, не отказываясь от статическогоконтроля типов, такие контейнерные классы, как списки и ассоциативные массивы.
Кроме того,шаблоны типа позволяют определить сразу для целого семейства типов обобщенные (генерические)функции, например, такие, как sort (сортировка). В качестве примера шаблона типов и его связи сдругими конструкциями языка приводится семейство списочных классов. Чтобы показать способыполучения программы из в значительной степени независимых частей, приводится несколько вариантовшаблонной функции sort(). В конце определяется простой шаблон типа для ассоциативного массива ипоказывается на двух небольших демонстрационных программах, как им пользоваться.8.1 ВведениеОдним из самых полезных видов классов является контейнерный класс, т.е.
такой класс, которыйхранит объекты каких-то других типов. Списки, массивы, ассоциативные массивы и множества - все этоконтейнерные классы. С помощью описанных в главах 5 и 7 средств можно определить класс, какконтейнер объектов единственного, известного типа. Например, в $$5.3.2 определяется множествоцелых. Но контейнерные классы обладают тем интересным свойством, что тип содержащихся в нихобъектов не имеет особого значения для создателя контейнера, но для пользователя конкретногоконтейнера этот тип является существенным. Следовательно, тип содержащихся объектов долженпараметром контейнерного класса, и создатель такого класса будет определять его с помощью типапараметра. Для каждого конкретного контейнера (т.е. объекта контейнерного класса) пользовательбудет указывать каким должен быть тип содержащихся в нем объектов.
Примером такого контейнерногокласса был шаблон типа Vector из $$1.4.3.В этой главе исследуется простой шаблон типа stack (стек) и в результате вводится понятиешаблонного класса. Затем рассматриваются более полные и правдоподобные примеры несколькихродственных шаблонов типа для списка. Вводятся шаблонные функции и формулируются правила, чтоможет быть параметром таких функций.
В конце приводится шаблон типа для ассоциативного массива.8.2 Простой шаблон типаШаблон типа для класса задает способ построения отдельных классов, подобно тому, как описаниекласса задает способ построения его отдельных объектов. Можно определить стек, содержащийэлементы 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 вполнеправдоподобный. Префикс template<class T> указывает, что описывается шаблон типа с параметромT, обозначающим тип, и что это обозначение будет использоваться в последующем описании.
Послетого, 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>.204Бьерн Страуструп.Язык программирования С++Отметим, что в префиксе T объявляется типом, и оно не обязано быть именем класса. Так, ниже вописании объекта sc тип T оказывается просто char.Имя шаблонного класса, за которым следует тип, заключенный в угловые скобки <>, является именемкласса (определяемым шаблоном типа), и его можно использовать как все имена класса.
Например,ниже определяется объект sc класса stack<char>:stack<char> sc(100);// стек символовЕсли не считать особую форму записи имени, класс stack<char> полностью эквивалентен классуопределенному 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 правиламименования, типов и областей видимости, принятым в С++.
Это, конечно, упрощение, но это такоеупрощение, которое помогает избежать больших недоразумений. В частности, применение шаблонатипа не предполагает каких-либо средств динамической поддержки помимо тех, которые используютсядля 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, чемстроить на его основе шаблон типа stack<T>. С другой стороны, для понимания шаблона типа полезнопредставить себе его действие на конкретном типе, например int или shape*, прежде, чем пытатьсяпредставить его во всей общности.Имея определение шаблонного класса stack, можно следующим образом определять и использоватьразличные стеки:stack<shape*> ssp(200);stack<Point> sp(400);void f(stack<complex>& sc)////////стек указателей на фигурыстек структур Pointпараметр типа `ссылка наcomplex'{sc.push(complex(1,2));complex z = 2.5*sc.pop();stack<int>*p = 0;p = new stack<int>(800);// указатель на стек целых// стек целых размещается// в свободной памятиfor ( 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 трансляторсоздает вызовы функций только для размещения в свободной памяти и освобождения.Функции в шаблоне типа могут и не быть подстановками, шаблонный класс stack с полным правомможно определить и так:template<class T> class stack {T* v;T* p;205Бьерн Страуструп.Язык программирования С++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 ибыло для функций- членов обычных, нешаблонных классов.Подобные функции так жепараметризируются типом, служащим параметром для их шаблонного класса, поэтому определяютсяони с помощью шаблона типа для функции.
Если это происходит вне шаблонного класса, это надоделать 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, иstack<T>::stack - имя конструктора.Задача системы программирования, а вовсе не программиста, предоставлять версии шаблонныхфункций для каждого фактического параметра шаблона типа. Поэтому для приводившегося вышепримера система программирования должна создать определения конструкторов для классовstack<shape*>, stack<Point> и stack<int>, деструкторов для stack<shape*> и stack<Point>, версиифункций push() для stack<complex>, stack<int> и stack<Point> и версию функции pop() дляstack<complex>. 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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
