Определение шаблона функции. Прототип шаблона функции

Создание шаблона безопасности Чтобы создать шаблон безопасности на основе любого другого шаблона, необходимо в контекстном меню шаблона выбрать команду Сохранить как. Затем консоль управления Microsoft предложит вам указать имя нового шаблона, после чего он отобразится в

10.2. Конкретизация шаблона функции Шаблон функции описывает, как следует строить конкретные функции, если задано множество фактических типов или значений. Процесс конструирования называется конкретизацией шаблона. Выполняется он неявно, как побочный эффект вызова

10.11. Пример шаблона функции В этом разделе приводится пример, показывающий, как можно определять и использовать шаблоны функций. Здесь определяется шаблон sort(), который затем применяется для сортировки элементов массива. Сам массив представлен шаблоном класса Array (см.

16.1. Определение шаблона класса Предположим, что нам нужно определить класс, поддерживающий механизм очереди. Очередь - это структура данных для хранения коллекции объектов; они помещаются в конец очереди, а извлекаются из ее начала. Поведение очереди описывают

Шаблоны функций, своими словами,- это инструкции, согласно которым создаются локальные версии шаблонированной функции для определенного набора параметров и типов данных.

На самом деле, шаблоны функций -это мощный инструмент в С++, который намного упрощает труд программиста. Например, нам нужно запрограммировать функцию, которая выводила бы на экран элементы массива. Задача не сложная! Но, чтобы написать такую функцию, мы должны знать тип данных массива, который будем выводить на экран. И тут нам говорят — тип данных не один, мы хотим, чтобы функция выводила массивы типа int , double , float и char .

Как оказалось, задача усложнилась. И теперь мы понимаем, что нам нужно запрограммировать целых 4 функции, которые выполняют одни и те же действия, но для различных типов данных. Так как мы еще не знакомы с шаблонами функций, мы поступим так: воспользуемся .

// перегрузка функции printArray для вывода массива на экран void printArray(const int * array, int count) { for (int ix = 0; ix < count; ix++) cout << array << " "; cout << endl; } void printArray(const double * array, int count) { for (int ix = 0; ix < count; ix++) cout << array << " "; cout << endl; } void printArray(const float * array, int count) { for (int ix = 0; ix < count; ix++) cout << array << " "; cout << endl; } void printArray(const char * array, int count) { for (int ix = 0; ix < count; ix++) cout << array << " "; cout << endl; }

Таким образом, мы имеем 4 перегруженные функции, для разных типов данных. Как видите, они отличаются только заголовком функции, тело у них абсолютно одинаковое. Я написал один раз тело функции для типа int и три раза его скопировал для других типов данных.

И, если запустить программу с этими функциями, то она будет исправно работать. Компилятор сам будет определять какую функцию использовать при вызове.

Как видите, кода получилось достаточно много, как для такой простой операции. А что если, нам понадобится запрограммировать в виде функции. Получается, что для каждого типа данных придется свою функцию создавать. То есть, сами понимаете, что один и тот же код будет в нескольких экземплярах, нам это ни к чему. Поэтому в С++ придуман такой механизм - шаблоны функций.

Мы создаем один шаблон, в котором описываем все типы данных. Таким образом исходник не будет захламляться никому ненужными строками кода. Ниже рассмотрим пример программы с шаблоном функции. Итак, вспомним условие: «запрограммировать функцию, которая выводила бы на экран элементы массива».

#include < count; ix++) cout << array << " "; cout << endl; } // конец шаблона функции printArray int main() { // размеры массивов const int iSize = 10, dSize = 7, fSize = 10, cSize = 5; // массивы разных типов данных int iArray = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}; double dArray = {1.2345, 2.234, 3.57, 4.67876, 5.346, 6.1545, 7.7682}; float fArray = {1.34, 2.37, 3.23, 4.8, 5.879, 6.345, 73.434, 8.82, 9.33, 10.4}; char cArray = {"MARS"}; cout << "\t\t Шаблон функции вывода массива на экран\n\n"; // вызов локальной версии функции printArray для типа int через шаблон cout << "\nМассив типа int:\n"; printArray(iArray, iSize); // вызов локальной версии функции printArray для типа double через шаблон cout << "\nМассив типа double:\n"; printArray(dArray, dSize); // вызов локальной версии функции printArray для типа float через шаблон cout << "\nМассив типа float:\n"; printArray(fArray, fSize); // вызов локальной версии функции printArray для типа char через шаблон cout << "\nМассив типа char:\n";printArray(cArray, cSize); return 0; }

// код Code::Blocks

// код Dev-C++

#include #include using namespace std; // шаблон функции printArray template void printArray(const T * array, int count) { for (int ix = 0; ix < count; ix++) cout << array << " "; cout << endl; } // конец шаблона функции printArray int main() { // размеры массивов const int iSize = 10, dSize = 7, fSize = 10, cSize = 5; // массивы разных типов данных int iArray = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}; double dArray = {1.2345, 2.234, 3.57, 4.67876, 5.346, 6.1545, 7.7682}; float fArray = {1.34, 2.37, 3.23, 4.8, 5.879, 6.345, 73.434, 8.82, 9.33, 10.4}; char cArray = {"MARS"}; cout << "\t\t Шаблон функции вывода массива на экран\n\n"; // вызов локальной версии функции printArray для типа int через шаблон cout << "\nМассив типа int:\n"; printArray(iArray, iSize); // вызов локальной версии функции printArray для типа double через шаблон cout << "\nМассив типа double:\n"; printArray(dArray, dSize); // вызов локальной версии функции printArray для типа float через шаблон cout << "\nМассив типа float:\n"; printArray(fArray, fSize); // вызов локальной версии функции printArray для типа char через шаблон cout << "\nМассив типа char:\n";printArray(cArray, cSize); return 0; }

Заметьте, код уменьшился в 4 раза, так как в программе объявлен всего один экземпляр функции - шаблон. В main я объявил несколько массивов - четыре, для типов данных: int , double , float , char . После чего, в строках 26, 28, 30, 32, выполняется вызов функции printArray для разных массивов. Результат работы программы показан ниже.

Шаблон функции вывода массива на экран Массив типа int: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Массив типа double: 1.2345 2.234 3.57 4.67876 5.346 6.1545 7.7682 Массив типа float: 1.34 2.37 3.23 4.8 5.879 6.345 73.434 8.82 9.33 10.4 Массив типа char: M A R S

Как видите программа корректно работает, и для этого нам понадобилось всего один раз определить функцию printArray в привычном для нас виде. Обратите внимание, что перед объявлением самой функции, в строке 5, стоит следующая запись template . Как раз эта запись и говорит о том, что функция printArray на самом деле является шаблоном функции, так как в первом параметре printArray стоит тип данных const T* , точно такой же как и в строке 5.

Все шаблоны функций начинаются со слова template , после которого идут угловые скобки, в которых перечисляется список параметров. Каждому параметру должно предшествовать зарезервированное слово class или typename .

Template

Template

Template

Ключевое слово typename говорит о том, что в шаблоне будет использоваться встроенный тип данных, такой как: int , double , float , char и т. д. А ключевое слово class сообщает компилятору, что в шаблоне функции в качестве параметра будут использоваться пользовательские типы данных, то есть классы.

У нас в шаблоне функции использовались встроенные типы данных, поэтому в строке 5 мы написали template . Вместо T можно подставить любое другое имя, какое только придумаете. Давайте подробно рассмотри фрагмент кода из верхней программы, я его вынесу отдельно.

// шаблон функции printArray template void printArray(const T * array, int count) { for (int ix = 0; ix < count; ix++) cout << array << " "; cout << endl; } // конец шаблона функции printArray

В строке 2 выполняется определение шаблона с одним параметром - T , причем этот параметр будет иметь один из встроенных типов данных, так как указано ключевое слово typename .

Ниже, в строках 3 — 8 объявлена функция, которая соответствует всем критериям объявления обычной функции, есть заголовок, есть тело функции, в заголовке есть имя и параметры функции, все как обычно. Но что эту функции превращает в шаблон функции, так это параметр с типом данных T , это единственная связь с шаблоном, объявленным ранее. Если бы мы написали

Void printArray(const int * array, int count) { for (int ix = 0; ix < count; ix++) cout << array << " "; cout << endl; }

то это была бы простая функция для массива типа int .

Так вот, по сути T - это даже не тип данных, это зарезервированное место под любой встроенный тип данных. То есть когда выполняется вызов этой функции, компилятор анализирует параметр шаблонированной функции и создает экземпляр для соответственного типа данных: int , char и так далее.

Поэтому следует понимать, что даже если объем кода меньше, то это не значит, что памяти программа будет потреблять меньше. Компилятор сам создает локальные копии функции-шаблона и соответственно памяти потребляется столько, как если бы вы сами написали все экземпляры функции, как в случае с перегрузкой.
Надеюсь основную мысль по шаблонам функций до вас довел. Для закрепления материала, давайте рассмотрим еще один пример программы, с использованием шаблона функции.

#include "stdafx.h" #include #include < size; ix++) if (max < array) max = array; return max; } int main() { // тестируем шаблон функции searchMax для массива типа char char array = "aodsiafgerkeio"; int len = strlen(array); cout << "Максимальный элемент массива типа char: " << searchMax(array, len) << endl; // тестируем шаблон функции searchMax для массива типа int int iArray = {3,5,7,2,9}; cout << "Максимальный элемент массива типа int: " << searchMax(iArray, 5) << endl; return 0; }

// код Code::Blocks

// код Dev-C++

#include #include using namespace std; // шаблон функции для поиска максимального значения в массиве template T searchMax(const T* array, int size) { T max = array; // максимальное значение в массиве for (int ix = 0; ix < size; ix++) if (max < array) max = array; return max; } int main() { // тестируем шаблон функции searchMax для массива типа char char array = "aodsiafgerkeio"; int len = strlen(array); cout << "Максимальный элемент массива типа char: " << searchMax(array, len) << endl; // тестируем шаблон функции searchMax для массива типа int int iArray = {3,5,7,2,9}; cout << "Максимальный элемент массива типа int: " << searchMax(iArray, 5) << endl; return 0; }

Вот вам еще один пример использования шаблонов функций. Шаблон функции объявлен в строках 5-13. Функция должна возвращать максимальное значение массива, поэтому возвращаемое значение типа T , ведь тип данных массива заранее не известен. Кстати внутри функции объявлена переменная max типа T , в ней будет храниться максимальное значение массива. Как видите, тип данных T используется не только для спецификации параметров функции, но и для указания типа возвращаемого значения, а также может свободно использоваться для объявления любых переменных внутри шаблона функции.

Максимальный элемент массива типа char: s Максимальный элемент массива типа int: 9

Шаблоны функций также можно перегружать другими шаблонами функций, изменив количество передаваемых параметров в функцию. Еще одной особенностью перегрузки является то, что шаблонные функции могут быть перегружены обычными не шаблонными функциями. То есть указывается то же самое имя функции, с теми же параметрами, но для определенного типа данных, и все будет корректно работать.

Мы уже ранее рассматривали в С++ такой инструмент, как шаблоны, когда создавали . Почему стоит пользоваться шаблонами, было написано в статье, с шаблонами функций. Там мы рассмотрели основные положения шаблонов в С++. Давайте их вспомним.

Любой шаблон начинается со слова template , будь то шаблон функции или шаблон класса. После ключевого слова template идут угловые скобки — < > , в которых перечисляется список параметров шаблона. Каждому параметру должно предшествовать зарезервированное слово class или typename . Отсутствие этих ключевых слов будет расцениваться компилятором как . Некоторые примеры объявления шаблонов:

Template

Template

Template

Ключевое слово typename говорит о том, что в шаблоне будет использоваться встроенный тип данных, такой как: int , double , float , char и т. д. А ключевое слово class сообщает компилятору, что в шаблоне функции в качестве параметра будут использоваться пользовательские типы данных, то есть классы. Но не в коем случае не путайте параметр шаблона и шаблон класса. Если нам надо создать шаблон класса, с одним параметром типа int и char , шаблон класса будет выглядеть так:

Template

где T — это параметр шаблона класса, который может принимать любой из встроенных типов данных, то, что нам и нужно.

А если параметр шаблона класса должен пользовательского типа, например типа Array , где Array — это класс, описывающий массив, шаблон класса будет иметь следующий вид:

Template class Name { //тело шаблона класса };

C этим вам лучше разобраться изначально, чтобы потом не возникало никаких ошибок, даже, если шаблон класса написан правильно.

Давайте создадим шаблон класса Стек, где , в которой хранятся однотипные элементы данных. В стек можно помещать и извлекать данные. Добавляемый элемент в стек, помещается в вершину стека. Удаляются элементы стека, начиная с его вершины. В шаблоне класса Stack необходимо создать основные методы:

• Push — добавить элемент в стек;
• Pop — удалить элемент из стека
• printStack — вывод стека на экран;

Итак реализуем эти три метода, в итоге получим самый простой класс, реализующий работу структуры стек. Не забываем про конструкторы и деструкторы. Смотрим код ниже.

#include "stdafx.h" #include template << "Заталкиваем элементы в стек: "; int ct = 0; while (ct++ != 5) { int temp; cin >> << "\nУдаляем два элемента из стека:\n"; myStack.pop(); // удаляем элемент из стека myStack.pop(); // удаляем элемент из стека myStack.printStack(); // вывод стека на экран return 0; } // конструктор template Stack::Stack(int s) { size = s > Stack bool Stack bool Stack void Stack::printStack() { for (int ix = size -1; ix >= 0; ix--) cout << "|" << setw(4) << stackPtr << endl; }

// код Code::Blocks

// код Dev-C++

#include using namespace std; #include template class Stack { private: T *stackPtr; // указатель на стек int size; // размер стека T top; // вершина стека public: Stack(int = 10);// по умолчанию размер стека равен 10 элементам ~Stack(); // деструктор bool push(const T); // поместить элемент в стек bool pop(); // удалить из стека элемент void printStack(); }; int main() { Stack myStack(5); // заполняем стек cout << "Заталкиваем элементы в стек: "; int ct = 0; while (ct++ != 5) { int temp; cin >> temp; myStack.push(temp); } myStack.printStack(); // вывод стека на экран cout << "\nУдаляем два элемента из стека:\n"; myStack.pop(); // удаляем элемент из стека myStack.pop(); // удаляем элемент из стека myStack.printStack(); // вывод стека на экран return 0; } // конструктор template Stack::Stack(int s) { size = s > 0 ? s: 10; // инициализировать размер стека stackPtr = new T; // выделить память под стек top = -1; // значение -1 говорит о том, что стек пуст } // деструктор template Stack::~Stack() { delete stackPtr; // удаляем стек } // элемент функция класса Stack для помещения элемента в стек // возвращаемое значение - true, операция успешно завершена // false, элемент в стек не добавлен template bool Stack::push(const T value) { if (top == size - 1) return false; // стек полон top++; stackPtr = value; // помещаем элемент в стек return true; // успешное выполнение операции } // элемент функция класса Stack для удаления элемента из стек // возвращаемое значение - true, операция успешно завершена // false, стек пуст template bool Stack::pop() { if (top == - 1) return false; // стек пуст stackPtr = 0; // удаляем элемент из стека top--; return true; // успешное выполнение операции } // вывод стека на экран template void Stack::printStack() { for (int ix = size -1; ix >= 0; ix--) cout << "|" << setw(4) << stackPtr << endl; }

Как видите шаблон класса Stack объявлен и определен в файле с main -функцией. Конечно же такой способ утилизации шаблонов никуда не годится, но для примера сойдет. В строках 7 — 20 объявлен интерфейс шаблона класса. Объявление класса выполняется привычным для нас образом, а перед классом находится объявление шаблона, в строке 7. При объявлении шаблона класса, всегда используйте такой синтаксис.

Строки 47 — 100 содержат элемент-функции шаблона класса Stack, причем перед каждой функцией необходимо объявлять шаблон, точно такой же, как и перед классом — template . То есть получается, элемент-функции шаблона класса, объявляются точно также, как и обычные шаблоны функций. Если бы мы описали реализацию методов внутри класса, то заголовок шаблона — template для каждой функции прописывать не надо.

Чтобы привязать каждую элемент-функцию к шаблону класса, как обычно используем бинарную операцию разрешения области действия — :: с именем шаблона класса — Stack . Что мы и сделали в строках 49, 58, 68, 83, 96.

Обратите внимание на объявление объекта myStack шаблона класса Stack в функции main , строка 24. В угловых скобочка необходимо явно указывать используемый тип данных, в шаблонах функций этого делать не нужно было. Далее в main запускаются некоторые функции, которые демонстрируют работу шаблона класса Stack . Результат работы программы смотрим ниже.

Заталкиваем элементы в стек: 12 3456 768 5 4564 |4564 | 5 | 768 |3456 | 12 Удаляем два элемента из стека: | 0 | 0 | 768 |3456 | 12