Язык программирования C++. Пятое издание - Стенли Липпман

Упражнение 16.1. Определите создание экземпляра.

Упражнение 16.2. Напишите и проверьте собственные версии функций compare().

Упражнение 16.3. Вызовите собственную функцию compare() для объекта класса Sales_data и посмотрите, как ваш компилятор обрабатывает ошибки во время создания экземпляра.

Упражнение 16.4. Напишите шаблон, действующий как библиотечный алгоритм find(). Функция будет нуждаться в двух параметрах типа шаблона: один — для представления параметров-итераторов функции и другой — для типа значения. Используйте свою функцию для поиска заданного значение в векторе vector<int> и списке list<string>.

Упражнение 16.5. Напишите шаблон функции print() из раздела 6.2.4, которая получает ссылку на массив и может обрабатывать массивы любого размера и любого типа элементов.

Упражнение 16.6. Как работают библиотечные функции begin() и end(), получающие аргумент в виде массива? Определите собственные версии этих функций.

Упражнение 16.7. Напишите шаблон constexpr, возвращающий размер заданного массива.

Упражнение 16.8. В разделе "Ключевая концепция" в разделе 3.4.1 упоминалось о том, что программисты С++ привыкли использовать оператор !=, а не <. Объясните причину этой привычки.

16.1.2. Шаблоны класса

Шаблон класса (class template) — своего рода проект для создания классов. Шаблоны классов отличаются от шаблонов функций, для которых компилятор не может вывести типы параметров шаблона. Вместо этого, как уже демонстрировалось не раз, для использования шаблона класса следует предоставить дополнительную информацию в угловых скобках после имени шаблона (см. раздел 3.3). Эта дополнительная информация — список аргументов шаблона, подставляемых вместо параметров шаблона.

Определение шаблона класса

В качестве примера реализуем шаблонную версию класса StrBlob (см. раздел 12.1.1). Присвоим шаблону имя Blob, указывающее, что он больше не специфичен только для строк. Как и класс StrBlob, этот шаблон будет предоставлять совместный (и проверяемый) доступ к своим членам. В отличие от класса, шаблон применяется к элементам практически любого типа. Подобно библиотечным контейнерам, используя шаблон Blob, пользователи должны будут определить тип элемента.

Как и шаблоны функции, шаблоны класса начинаются с ключевого слова template, за которым следует список параметров шаблона. В определении шаблона класса (и его членов) используются параметры шаблона как знакоместа типов или значений, которые будут подставлены при использовании шаблона:

template <typename Т> class Blob {

public:

 typedef T value_type;

 typedef typename std::vector<T>::size_type size_type;

 // конструкторы

 Blob();

 Blob(std::initializer_list<T> il);

 // количество элементов в Blob

 size_type size() const { return data->size(); }

 bool empty() const { return data->empty(); }

 // добавление и удаление элементов

 void push_back(const T &t) {data->push_back(t);}

 // версия перемещения; см. p. 13.6.3

 void push_back(T &&t) { data->push_back(std::move(t)); }

 void pop_back();

 // доступ к элементу

 T& back();

 Т& operator[](size_type i); // определено в разделе 14.5

private:

 std::shared_ptr<std::vector<T>> data;

 // выдать сообщение, если data[i] недопустим

 void check(size_type i, const std::string &msg) const;

}

У шаблона Blob есть один параметр типа Т. Он используется везде, где ожидается тип элемента, хранимый классом Blob. Например, тип возвращаемого значения функции доступа к элементам Blob определен как Т&. Когда пользователь создаст экземпляр шаблона Blob, он использует параметр Т для замены конкретным типом аргумента шаблона.

За исключением списка параметров шаблона и использования Т вместо string, этот класс совпадает с тем, что было определено в разделе 12.1.1 и модифицировано в разделе 12.1.6, а также в главах 13 и 14.

Создание экземпляра шаблона класса

Как уже неоднократно упоминалось, при использовании шаблона класса следует предоставить дополнительную информацию. Как можно теперь утверждать, эта дополнительная информация является списком явных аргументов шаблона (explicit template argument), которые привязаны к параметрам шаблона. Компилятор использует эти аргументы для создания специфического экземпляра класса по шаблону.

Например, чтобы определить тип для шаблона Blob, следует предоставить тип элемента:

Blob<int> ia; // пустой Blob<int>

Blob<int> ia2 = {0,1,2,3,4}; // Blob<int> с пятью элементами

Оба объекта, ia и ia2, используют ту же специфическую для типа версию шаблона Blob (т.е. Blob<int>). Из этих определений компилятор создает экземпляр класса, который эквивалентен следующему:

template <> class Blob<int> {

 typedef typename std::vector<int>::size_type size_type;

 Blob();

 Blob(std::initializer_list<int> il);

 // ...

 int& operator[](size_type i);

private:

 std::shared_ptr<std::vector<int>> data;

 void check (size_type i, const std::string &msg) const;

};

Когда компилятор создает экземпляр класса из шаблона Blob, он переписывает его, заменяя каждый экземпляр параметра T заданным аргументом шаблона, которым в данном случае является int.

Компилятор создает разный класс для каждого заданного типа элемента:

// эти определения создают экземпляр двух разных типов Blob

Blob<string> names;  // Blob содержащий строки

Blob<double> prices; // другой тип элемента

Эти определения привели бы к созданию двух разных экземпляров класса: определение names создает класс Blob, в котором каждое вхождение Т заменено на string. Определение prices создает класс Blob, где Т заменено на double.

При каждом создании экземпляра шаблона класса получается независимый класс. У типа Blob<string> нет никаких отношений с другим типом класса Blob или специальных прав доступа к его членам.

Ссылки на тип шаблона в пределах шаблона

При чтении кода шаблона класса не следует забывать, что имя шаблона класса не является именем самого класса (см. раздел 3.3). Шаблон класса используется для создания экземпляра класса, при этом всегда используются аргументы шаблона.

Непонятным может показаться то, что код в шаблоне класса вообще не использует имя фактического типа (или значения) как аргумент шаблона. Вместо этого как аргументы шаблона зачастую используются собственные параметры. Например, переменная-член data использует два шаблона, vector и shared_ptr. Каждый раз, когда используется шаблон, следует предоставить аргументы шаблона. В данном случае предоставляемый аргумент шаблона имеет тот же тип, который используется при создании экземпляра шаблона Blob. Следовательно, определение переменной-члена data с использованием параметра типа шаблона Blob свидетельствует о том, что переменная-член data является экземпляром указателя shared_ptr на экземпляр шаблона vector, содержащего объекты типа Т.

std::shared_ptr<std::vector<T>> data;

При создании экземпляра специфического класса Blob, такого как Blob<string>, переменная-член data будет такой:

shared_ptr<vector<string>>

Если создать экземпляр Blob<int>, то переменная-член data будет такой: shared_ptr<vector<int>>, и т.д.

Функции-члены шаблонов класса

Подобно любому классу, функции-члены шаблона класса можно определить как в, так и вне тела класса. Как и у любых других классов, члены, определенные в теле, неявно являются встраиваемыми.

Функция-член шаблона класса сама по себе является обычной функцией. Однако у каждого экземпляра шаблона класса есть собственная версия каждого члена. В результате у функции-члена шаблона класса будут те же параметры шаблона, что и у самого класса. Поэтому функция-член, определенная вне тела шаблона класса, начинается с ключевого слова template, сопровождаемого списком параметров шаблона класса.

Как обычно, при определении члена класса вне его тела следует указать, к какому классу он принадлежит. Так же, как обычно, имя созданного из шаблона класса включает его аргументы шаблона. При определении члена аргументы шаблона совпадают с параметрами шаблона. Таким образом, для функции-члена класса StrBlob, определенной следующим образом: