Опубликован: 10.10.2006 | Доступ: свободный | Студентов: 5981 / 454 | Оценка: 4.26 / 3.88 | Длительность: 31:30:00
Лекция 8:

Шаблоны типа

8.4 Шаблоны типа для функций

Использование шаблонных классов означает наличие шаблонных функций-членов. Помимо этого, можно определить глобальные шаблонные функции, т.е. шаблоны типа для функций, не являющихся членами класса. Шаблон типа для функций порождает семейство функций точно также, как шаблон типа для класса порождает семейство классов. Эту возможность мы обсудим на последовательности примеров, в которых приводятся варианты функции сортировки sort(). Каждый из вариантов в последующих разделах будет иллюстрировать общий метод.

Как обычно мы сосредоточимся на организации программы, а не на разработке ее алгоритма, поэтому использоваться будет тривиальный алгоритм. Все варианты шаблона типа для sort() нужны для того, чтобы показать возможности языка и полезные приемы программирования. Варианты не упорядочены в соответствии с тем, насколько они хороши. Кроме того, можно обсудить и традиционные варианты без шаблонов типа, в частности, передачу указателя на функцию, производящую сравнение.

8.4.1 Простой шаблон типа для глобальной функции

Начнем с простейшего шаблона для sort():

template<class T> void sort(Vector<T>&);

void f(Vector<int>& vi,
       Vector<String>& vc,
       Vector<int>& vi2,
       Vector<char*>& vs)
{
  sort(vi);      // sort(Vector<int>& v);
  sort(vc);      // sort(Vector<String>& v);
  sort(vi2);     // sort(Vector<int>& v);
  sort(vs);      // sort(Vector<char*>& v);
}

Какая именно функция sort() будет вызываться, определяется фактическим параметром. Программист дает определение шаблона типа для функции, а задача системы программирования обеспечить создание правильных вариантов функции по шаблону и вызов соответствующего варианта. Например, простой шаблон с алгоритмом пузырьковой сортировки можно определить так:

template<class T> void sort(Vector<T>& v)
 /*
    Сортировка элементов в порядке возрастания
    Используется сортировка по методу пузырька
*/
{
  unsigned n = v.size();

  for (int i=0; i<n-1; i++)
      for (int j=n-1; i<j; j--)
          if (v[j] < v[j-1]) {  // меняем местами v[j] и v[j-1]
             T temp = v[j];
             v[j] = v[j-1];
             v[j-1] = temp;
          }
    }

Советуем сравнить это определение с функцией сортировки с тем же алгоритмом из \S 4.6.9. Существенное отличие этого варианта в том, что вся необходимая информация передается в единственном параметре v. Поскольку тип сортируемых элементов известен (из типа фактического параметра, можно непосредственно сравнивать элементы, а не передавать указатель на производящую сравнение функцию. Кроме того, нет нужды возиться с операцией sizeof. Такое решение кажется более красивым и к тому же оно более эффективно, чем обычное. Все же оно сталкивается с трудностью. Для некоторых типов операция < не определена, а для других, например char*, ее определение противоречит тому, что требуется в приведенном определении шаблонной функции. (Действительно, нам нужно сравнивать не указатели на строки, а сами строки). В первом случае попытка создать вариант sort() для таких типов закончится неудачей (на что и следует надеяться) , а во втором появиться функция, производящая неожиданный результат.

Чтобы правильно сортировать вектор из элементов char* мы можем просто задать самостоятельно подходящее определение функции sort(Vector<char*>&):

void sort(Vector<char*>& v)
 {
   unsigned n = v.size();

   for (int i=0; i<n-1; i++)
      for ( int j=n-1; i<j; j--)
          if (strcmp(v[j],v[j-1])<0) {
          // меняем местами v[j] и v[j-1]
             char* temp = v[j];
             v[j] = v[j-1];
             v[j-1] = temp;
          }
}

Поскольку для векторов из указателей на строки пользователь дал свое особое определение функции sort(), оно и будет использоваться, а создавать для нее определение по шаблону с параметром типа Vector<char*>& не нужно. Возможность дать для особо важных или "необычных" типов свое определение шаблонной функции дает ценное качество гибкости в программировании и может быть важным средством доведения программы до оптимальных характеристик.

8.4.2 Производные классы позволяют ввести новые операции

В предыдущем разделе функция сравнения была "встроенной" в теле sort() (просто использовалась операция <). Возможно другое решение, когда ее предоставляет сам шаблонный класс Vector. Однако, такое решение имеет смысл только при условии, что для типов элементов возможно осмысленное понятие сравнения. Обычно в такой ситуации функцию sort() определяют только для векторов, на которых определена операция < :

template<class T> void sort(SortableVector<T>& v)
  {
    unsigned n = v.size();

    for (int i=0; i<n-1; i++)
        for (int j=n-1; i<j; j--)
            if (v.lessthan(v[j],v[j-1])) {
            // меняем местами v[j] и v[j-1]
               T temp = v[j];
               v[j] = v[j-1];
               v[j-1] = temp;
            }
 }

Класс SortableVector (сортируемый вектор) можно определить так:

template<class T> class SortableVector
                      : public Vector<T>, public Comparator<T> {
                   public:
                       SortableVector(int s) : Vector<T>(s) { }
                   };

Чтобы это определение имело смысл еще надо определить шаблонный класс Comparator (сравниватель):

template<class T> class Comparator {
 public:
    inline static lessthan(T& a, T& b)  // функция "меньше"
       { return strcmp(a,b)<0; }
    // ...
};

Чтобы устранить тот эффект, что в нашем случае операция < дает не тот результат для типа char*, мы определим специальный вариант класса сравнивателя:

class Comparator<char*> {
public:
  inline static lessthan(const char* a, const char* b)
  // функция "меньше"
     { return strcmp(a,b)<0; }
  // ...
               };

Описание специального варианта шаблонного класса для char* полностью подобно тому, как в предыдущем разделе мы определили специальный вариант шаблонной функции для этой же цели. Чтобы описание специального варианта шаблонного класса сработало, транслятор должен обнаружить его до использования. Иначе будет использоваться создаваемый по шаблону класс. Поскольку класс должен иметь в точности одно определение в программе, использовать и специальный вариант класса, и вариант, создаваемый по шаблону, будет ошибкой.

Поскольку у нас уже специальный вариант класса Comparator для char*, специальный вариант класса SortableVector для char* не нужен, и можем, наконец, попробовать сортировку:

void f(SortableVector<int>& vi,
       SortableVector<String>& vc,
       SortableVector<int>& vi2,
       SortableVector<char*>& vs)
{
  sort(vi);
  sort(vc);
  sort(vi2);
  sort(vs);
}

Возможно иметь два вида векторов и не очень хорошо, но, по крайней мере, SortableVector является производным от Vector. Значит если в функции не нужна сортировка, то в ней и не надо знать о классе SortableVector, а там, где нужно, сработает неявное преобразование ссылки на производный класс в ссылку на общий базовый класс. Мы ввели производный от Vector и Comparator класс SortableVector (вместо того, чтобы добавить функции к классу, производному от одного Vector ) просто потому, что класс Comparator уже напрашивался в предыдущим примере. Такой подход типичен при создании больших библиотек. Класс Comparator естественный кандидат для библиотеки, поскольку в нем можно указать различные требования к операциям сравнения для разных типов.

Дарья Федотова
Дарья Федотова
Сергей Березовский
Сергей Березовский

В рамках проф. переподготовки по программе "Программирование"

Есть курсы, которые я уже прошел. Но войдя в курс я вижу, что они не зачтены (Язык Ассемблера и архитектура ЭВМ, Программирование на С++ для профессионалов). Это как?

Александр Мухаметов
Александр Мухаметов
Казахстан