Лекция: шаблоны
Назначение шаблонов
Алгоритм выполнения какого-либо действия можно записывать независимо от того, какого типа данные обрабатываются. Простейшим примером служит определение минимума из двух величин.
if (a < b) x = a;
else x = b;
Независимо от того, к какому именно типу принадлежат переменные a, b и x, если это один и тот же тип, для которого определена операция "меньше", запись будет одна и та же. Было бы естественно определить функцию min, возвращающую минимум из двух своих аргументов. Возникает вопрос, как описать аргументы этой функции? Конечно, можно определить min для всех известных типов, однако, во-первых, пришлось бы повторять одну и ту же запись многократно, а во-вторых, с добавлением новых классов добавлять новые функции.
Аналогичная ситуация встречается и в случае со многими сложными структурами данных. В классе, реализующем связанный список целых чисел, алгоритмы добавления нового атрибута списка, поиска нужного атрибута и так далее не зависят от того, что атрибуты списка – целые числа. Точно такие же алгоритмы нужно будет реализовать для списка вещественных чисел или указателей на класс Book.
Механизм шаблонов в языке Си++ позволяет эффективно решать многие подобные задачи.
Функции-шаблоны
Запишем алгоритм поиска минимума двух величин, где в качестве параметра используется тип этих величин.
template <class T>
const T& min(const T& a, const T& b)
{
if (a < b) return a;
else return b;
}
Данная запись еще не создала ни одной функции, это лишь шаблон для определенной функции. Только тогда, когда происходит обращение к функции с аргументами конкретного типа, будет выполнена генерация конкретной функции.
int x, y, z;
String s1, s2, s3;
. . .
s1 = min(s2, s3); // генерация функции min для класса String
. . .
x = min(y, z); // генерация функции min для типа int
Первое обращение к функции min генерирует функцию
const String& min(const String& a, const String& b);
Второе обращение генерирует функцию
const int& min(const int& a, const int& b);
Объявление шаблона функции min говорит о том, что конкретная функция зависит от одного параметра – типа T. Первое обращение к min в программе использует аргументы типа String. В шаблон функции подставляется тип String вместо T. Получается функция:
const String& min(const String& a, const String& b)
{
if (a < b) return a;
else return b;
}
Эта функция компилируется и используется в программе. Аналогичные действия выполняются и при втором обращении, только теперь вместо параметра T подставляется тип int. Как видно из приведенных примеров, компилятор сам определяет, какую функцию надо использовать, и автоматически генерирует необходимое определение.
У функции-шаблона может быть несколько параметров. Так, например, функция find библиотеки STL (стандартной библиотеки шаблонов), которая ищет первый элемент, равный заданному, в интервале значений, имеет вид:
template <class InIterator, class T>
InIterator
find(InIterator first, InIterator last, const T& val);
Класс T – это тип элементов интервала. Тип InIterator – тип указателя на его начало и конец.