Programowanie obiektowe

Wykład 5. C++: szablony

Szablony

◮

Szablony to technika realizacji polimorfizmu na innym
poziomie niż za pomocą funkcji wirtualnych i dziedziczenia.

◮

Mechanizm ten można rozumieć jako ’inteligentniejsze’
makrodefinicje.

◮

Szablony nie są w bezpośredni sposób związane z
programowaniem obiektowym.

Szablony funkcji

przykład problemu: definiujemy funkcję porównującą...

...liczby całkowite:

int compare(int a, int b)
{ if(a<b) return 1; else if(b<a) return -1; else return 0; }

Szablony funkcji

przykład problemu: definiujemy funkcję porównującą...

...liczby całkowite:

int compare(int a, int b)
{ if(a<b) return 1; else if(b<a) return -1; else return 0; }

...liczby rzeczywiste:

int compare(float a, float b)
{ if(a<b) return 1; else if(b<a) return -1; else return 0; }

Szablony funkcji

przykład problemu: definiujemy funkcję porównującą...

...liczby całkowite:

int compare(

int

a,

int

b)

{ if(a<b) return 1; else if(b<a) return -1; else return 0; }

...liczby rzeczywiste:

int compare(

float

a,

float

b)

{ if(a<b) return 1; else if(b<a) return -1; else return 0; }

... i tak samo dla każdego innego typu

Szablony funkcji

przykład problemu: definiujemy funkcję porównującą...

...liczby całkowite:

int compare(

int

a,

int

b)

{ if(a<b) return 1; else if(b<a) return -1; else return 0; }

...liczby rzeczywiste:

int compare(

float

a,

float

b)

{ if(a<b) return 1; else if(b<a) return -1; else return 0; }

... i tak samo dla każdego innego typu
... pod warunkiem, że ma zdefiniowany operator <

Szablony funkcji

przykład problemu: definiujemy funkcję porównującą...

...liczby całkowite:

int compare(

int

a,

int

b)

{ if(a<b) return 1; else if(b<a) return -1; else return 0; }

...liczby rzeczywiste:

int compare(

float

a,

float

b)

{ if(a<b) return 1; else if(b<a) return -1; else return 0; }

...pudełka

class Pudelko
{
public:

float dl,sz,wy;
Pudelko(float d, float s, float w) : dl(d), sz(s), wy(w) {}
int operator<(Pudelko& p) { return dl*sz*wy < p.dl*p.sz*p.wy; }

};

int compare(

Pudelko

a,

Pudelko

b)

{ if(a<b) return 1; else if(b<a) return -1; else return 0; }

Szablony funkcji

podstawowe informacje

◮

szablon funkcji jest sparametryzowaną definicją funkcji

◮

szablon funkcji definiuje się w zakresie globalnym

◮

parametrem szablonu funkcji jest typ (klasa), bądź lista typów

◮

wszystkie parametry szablonu muszą wystąpić w opisie
argumentów funkcji szablonowej (kompilator odnajduje
szablon na podstawie wywołania funkcji)

Składnia:

template< opis˙parametrów >

definicja funkcji

Szablony funkcji

przykład

class Pudelko
{
public:

float dl,sz,wy;
Pudelko(float d, float s, float w) : dl(d), sz(s), wy(w) {}
int operator<(Pudelko& p) { return dl*sz*wy < p.dl*p.sz*p.wy; }

};

template <class T>
int compare(T a, T b)
{

if(a<b) return -1; else if(b<a) return 1; else return 0;

}

int main()
{

cout
<< compare(1,2) << endl

//-1

<< compare(1.5,2.5) << endl

//-1

<< compare(’a’,’b’) << endl

//-1

<< compare(Pudelko(1.0,2.0,2.0),Pudelko(2.0,1.5,4.2)) << endl;//-1

}

Szablony funkcji

parametry

◮

parametrem szablonu funkcji jest typ (klasa), bądź lista typów

◮

wszystkie parametry szablonu muszą wystąpić w opisie
argumentów funkcji szablonowej (kompilator odnajduje
szablon na podstawie wywołania funkcji)

◮

oprócz obowiązkowego użycia parametrów szablonu w opisie
argumentów funkcji szablonowej, można ich używać w
dowolnym miejscu w definicji tej funkcji (jako nazwy typu).

template<class S, class T>

T

* jakasfunkcja(S a, T b)

{

T

*l = new(

T

);

int r=sizeof(

S

);

...
return l;

}

Szablony funkcji

◮

jedynym ograniczeniem, jakie w definicji szablonu można
nałożyć na typy argumetów funkcji szablonowej jest by
niektóre z nich były takie same, np. szablon

template <class K, class L, class M>
void f(K a, L b, K c, M d)

...

pasuje do wywołania

f(3,’e’,5,"Ala")

ale do wywołania

f(3,’e’,’a’,"Ala")

nie.

Szablony funkcji

jak to działa

◮

natrafiając na wywołanie funkcji, kompilator sprawdza, czy
istnieje funkcja o podanej nazwie, liczbie i typie argumentów

◮

jeśli nie, sprawdza, czy istnieje szablon pozwalający taką
funkcję wygenerować, jeśli tak – generuje odpowiednią funkcję

◮

jeśli nie, sprawdza czy isnieje funkcja którą można dopasować
dokonując konwersji typów argumentów, jeśli tak, dokonuje
wiązania z zastosowaniem konwersji typów

Szablony funkcji

sytuacje wyjątkowe

◮

często zdarza się, że funkcje wygenerowane z szablonu będą
działać poprawnie (lub w ogóle będą poprawne) w większości
przypadków, ale nie we wszystkich

◮

szablon z poprzedniego przykładu nie będzie działał poprawnie
dla typu char*

◮

nie nadaje się on w ogóle np. dla typu

class Data {

public:
int dzien, miesiac, rok;

}

za względu na brak operatora <

cout

<< compare(1,2) << endl

// -1

<< compare(1.5,2.5) << endl

// -1

<< compare(’a’,’b’) << endl

// -1

<< compare(Pudelko(1.0,2.0,2.0),Pudelko(2.0,1.5,4.2)) << endl // -1
<< compare("Ala","Ola") << endl

// 1

(!)

<< compare((string)"Ala",(string)"Ola") << endl;

// -1

Szablony funkcji

funkcje specjalizowane

◮

wyjątki od sposobu generownia funkcji zdefiniowanego przez
szablon można zdefiniować pisząc funkcję specjalizowaną

◮

funkcja specjalizowana to funkcja, której nazwa i typy
parametrów pasują do szablonu, tyle że jest jest to normalna
funkcja

Szablony funkcji

funkcje specjalizowane

template <class T>
int compare(T a, T b)
{

if(a<b) return -1; else if(b<a) return 1; else return 0;

}

int compare(const char* a, const char* b)
{

return strcmp(a,b);

}

int main()
{

cout << compare(1,2) << endl

// -1

<< compare(1.5,2.5) << endl

// -1

<< compare(’a’,’b’) << endl

// -1

<< compare(Pudelko(1.0,2.0,2.0),Pudelko(2.0,1.5,4.2)) << endl // -1
<< compare("Ala","Ola") << endl

// -1

<< compare((string)"Ala",(string)"Ola") << endl;

// -1

}

Szablony klas

podstawowe informacje

◮

szablon klasy jest sparametryzowaną definicją klasy

◮

szablon klasy definiuje się w zakresie globalnym

Składnia:

template< opis˙parametrów >
class nazwaklasy
{

...

};

Szablony klas

przykład (bardzo typowy)

Szablon klasy Stos, którego parametrem jest typ elementów
przechowywanych na stosie.

template <class

T

>

class Stos
{
public:

Stos() : n(0)

}

Stos& push(

T

e) { dane[n++]=e; return *this; } // dodanie elementu

T

pop()

{ return dane[--n]; }

// pobranie elementu

int empty()

{ return n==0; }

// test czy pusty

operator int()

{ return n; }

// dodatkowy bajer

private:

T

dane[100];

int n;

};

Szablony klas

klasa szablonowa

◮

po zdefniowaniu szablonu klas

template< opis˙parametrów >
class nazwaklasy
{

...

};

nazwą klasy szablonowej jest nazwaklasy<parametry>

◮

posługujemy się nią jak zwykłymi nazwami klas/typów

◮

w momencie napotkania takiej nazwy, kompilator generuję
definicję klasy szablonowej dla podanych parametrów (jeśli
wcześniej już tego nie zrobił)

Szablony klas

użycie klasy szblonowej

int main()
{

Stos<char>

stosznakow;

// generowana jest klasa Stos<char>

Stos<int>

stosliczb;

// generowana jest klasa Stos<int>

stosznakow.push(’A’).push(’l’).push(’a’);
stosliczb.push(1).push(2).push(3);

Stos<char>

drugistosznakow=stosznakow; // klasa Stos<char> już jest

while(stosznakow)

// bajer

{

cout << stosznakow.pop();

}
cout << endl;
while(stosliczb)
{

cout << stosliczb.pop();

}
cout << endl;

}

Szablony klas

parametry

◮

Szablon klasy może mieć wiele parametrów (separatorem jest
przecinek)

◮

Parametrem szablonu klasy może być:

◮

typ (class nazwa)

◮

wartość całkowita stała (int nazwa)

template < class Typ, int rozmiar >

◮

także stałe wyrażenie będące adresem obiektu globalnego lub
funkcji globalnej (rzadsze zastosowanie)

Szablony klas

definicje metod klasy szablonowej poza ciałem klasy

◮

definicje metod klasy szablonowej umieszczone poza ciałem
klasy są w istocie szablonami definicji metod

◮

mają postać taką jak szablony funkcji, z tą oczywiście różnicą,
że ich nazwę poprzedza się nazwą klasy szablonowej

◮

podobnie też jak w przypadku szablonów funkcji, można
definiować metody specjalizowane

Szablony klas

definicje metod klasy szablonowej poza ciałem klasy

template <class T>
class Stos
{
public:

Stos();
Stos& push(T e);
T pop();

itd

private:

T dane[100];
int n;

};

template<class T>
Stos<T>::Stos() : n(0) {}

template<class T>
Stos<T>& Stos<T>::push(T e) { dane[n++]=e; return *this; }

template<class T>
T Stos<T>::pop()

{ return dane[--n]; }

itd.

Szablony klas

definicje metod klasy szablonowej poza ciałem klasy
(lupa)

◮

są to szablony metod

template<class T>

Stos<T>::Stos() : n(0) {}

template<class T>

Stos<T>& Stos<T>::push(T e) { dane[n++]=e; return *this; }

template<class T>

T Stos<T>::pop()

return dane[--n];

itd.

Szablony klas

definicje metod klasy szablonowej poza ciałem klasy
(lupa)

◮

nieodłączną częścią nazwy klasy szablonowej jest parametr(y)

template<class T>

Stos<T>

::Stos() : n(0) {}

template<class T>

Stos<T>

&

Stos<T>

::push(T e) { dane[n++]=e; return *this; }

template<class T>
T

Stos<T>

::pop()

return dane[--n];

itd.

Szablony klas

definicje metod klasy szablonowej poza ciałem klasy
(lupa)

◮

nazwa konstruktora (destruktora) nie jest nazwą klasy — bez
parametu

template<class T>
Stos<T>::

Stos

() : n(0) {}

template<class T>
Stos<T>& Stos<T>::push(T e) { dane[n++]=e; return *this; }

template<class T>
T Stos<T>::pop()

return dane[--n];

itd.

Szablony klas

parametry nie będące typami – przykład

W szablonie stosów dodajemy parametr określający rozmiar.

template <class T,

int max

>

class Stos
{
public:

Stos() : n(0)

{}

Stos& push(T e) { dane[n++]=e; return *this; }
T pop()

{ return dane[--n]; }

int empty()

{ return n==0; }

operator int()

{ return n; }

private:

T dane[

max

];

int n;

};

int main()
{

Stos<char,

20

> stos;

stos.push(’A’).push(’l’).push(’a’);
while(stos) { cout << stos.pop(); }
cout << endl;

}

Szablony klas

klasa szablonowa jako klasa bazowa

◮

Klasa szablonowa może być klasą bazową innej klasy.

◮

Klasa szablonowa może być klasą bazową w szablonie klasy.

template<class T>
class K
{

...

};

class L : K<int>
{

...

}

template<class S>
class M : K<int>
{

...

}

Szablony klas

klasa szablonowa jako klasa bazowa

◮

Klasa szablonowa może być klasą bazową innej klasy.

◮

Klasa szablonowa może być klasą bazową w szablonie klasy.

template<class T>
class K
{

...

};

class L : K<int>
{

...

}

template<class S>
class M : K<int>
{

...

}

Szablony klas

szablon klasy jako klasa bazowa

◮

szablonu klasy można użyć jako klasy bazowej w innym
szablonie klasy

◮

parametry szablonu klasy bazowej

muszą być parametrami

szablonu klasy pochodnej

albo muszą mieć ustaloną wartość

template<class T, int max>
class Stos
{

...

};

template<class

S

, int

max

>

class lepszystos : K<

S

,

max

>

{

...

}

template<class

S

>

class stosstulementowy : K<

S

,100>

{

...

}

Szablony klas

szablon klasy jako klasa bazowa

◮

szablonu klasy można użyć jako klasy bazowej w innym
szablonie klasy

◮

parametry szablonu klasy bazowej muszą być parametrami
szablonu klasy pochodnej

albo muszą mieć ustaloną wartość

template<class T, int max>
class Stos
{

...

};

template<class S, int max>
class lepszystos : K<S,max>
{

...

}

template<class S>
class stosstulementowy : K<S,

100

>

{

...

}

Szablony klas

składowe statyczne klas szablonowych

Każda instancja klasy szablonowej ma swój komplet składowych
statycznych.