67353

Шаблони. Узагальнені функції

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Поняття про шаблони Поняття про узагальнені функції Шаблонна функція з одним узагальненим типом Безпосередньо задане перевантаження узагальненої функції Шаблонна функція з двома узагальненими типами Поняття про шаблони Шаблон це один із складних і потужних засобів мови програмування C.

Украинкский

2014-09-07

96.5 KB

1 чел.

Лекція № 19

Тема: Шаблони. Узагальнені функції

План

  1.  Поняття про шаблони
  2.  Поняття про узагальнені функції
  3.  Шаблонна функція з одним узагальненим типом
  4.  Безпосередньо задане перевантаження узагальненої функції
  5.  Шаблонна функція з двома узагальненими типами

  1.  Поняття про шаблони

    Шаблон – це один із складних і потужних засобів мови програмування C++. Він не увійшов до початкової специфікації мови C++, і тільки в кінці 90-х років став невід'ємною частиною програмування нею. Шаблони дають змогу виконати одне з найважчих завдань у програмуванні – створювати програмний код, який можна використовувати для оброблення різних типів даних.

   Використовуючи шаблони, можна створювати узагальнені функції та узагальнені класи. В узагальненій функції (або класі) оброблюваний нею (ним) тип даних задається як параметр. Таким чином, одну і ту саму функцію або клас можна використовувати для роботи з різними типами даних, не вказуючи безпосередньо конкретні її (його) версії для оброблення кожного з типів.

  1.   Поняття про узагальнені функції

    Узагальнена функція визначає загальний набір операцій, які згодом використовуватимуться для оброблення даних різних типів. Тип даних, який обробляється функцією, передається їй як параметр. Використовуючи узагальнену функцію для оброблення широкого діапазону даних, можна застосувати єдину загальну процедуру. На сьогодні відомо багато алгоритмів, які мають однакову логіку оброблення різних типів даних. Наприклад, один і той самий алгоритм сортування Quicksort застосовується і для впорядкування елементів масиву цілих чисел, і до ма-

сиву чисел з плинною крапкою. Відмінність тут полягає тільки в типі сортованих даних.    

    Створюючи узагальнену функцію, можна запрограмувати роботу алгоритму незалежно від типу оброблюваних даних. Після цього компілятор автоматично згенерує коректний програмний код для типу даних, який насправді встановлюється у процесі виконання цієї функції. Загалом, створюючи узагальнену функцію, створюється функція, яка автоматично перевизначає себе саму.

   Узагальнена функція створюється за допомогою ключового слова template. Звичайне значення слова "template" точно відображає мету його застосування у мові програмування C++. Це ключове слово використовують для створення шаблону (або оболонки), який описує дії, виконувані функцією. Компіляторові ж залишається "доповнити відсутні деталі" відповідно до заданого значення параметра.

    Загальний формат визначення шаблонної функції має такий вигляд:

template <class tType> тип ім'я_функції (перелік_параметрів)

{

// тіло функції

}

    У цьому записі елемент tType є "заповнювачем" для типу даних, які обробляються функцією. Це ім'я використовується в тілі самої функції. Але воно означає всього тільки заповнювач, замість якого компілятор автоматично підставить реальний тип даних при створенні конкретної версії функції. І хоча для задавання узагальненого типу в template-оголошенні за традицією застосовується ключове слово class, однак можна також використовувати ключове слово typename.

  1.   Шаблонна функція з одним узагальненим типом

    У наведеному нижче прикладі створюється шаблонна функція з одним узагальненим типом, яка міняє місцями значення двох змінних, що використовується під час її виклику. Оскільки загальний процес обміну значеннями змінних не залежить від їх типу, він є типовим претендентом для створення узагальненої функції.

Приклад. Демонстрація механізму застосування шаблонної функції з одним узагальненим

                 типом

   // Визначення шаблонної функції.

template <class aType> void swapAB(aType &a, aType &b)

{    aType tmp;          // Створення тимчасової змінної

     tmp = a;

     a = b;

     b = tmp;

}

void main()

{    int i = 10, j = 20;

     double x = 10.1, y = 23.3;

     char a = 'x', b = 'z';

     cout << "Початкові значення i, j: " << i << " " << j << endl;

     cout << "Початкові значення x, y: " << x << " " << y << endl;

     cout << "Початкові значення a, b: " << a << " " << b << endl;

     swapAB(i, j); // Перестановка цілих чисел

     swapAB(x, y); // Перестановка чисел з плинною крапкою

     swapAB(a, b); // Перестановка символів

     cout << "Після перестановки i, j: " << i << " " << j << endl;

     cout << "Після перестановки x, y: " << x << " " << y << endl;

     cout << "Після перестановки a, b: " << a << " " << b << endl;

}

   Внаслідок виконання ця програма відображає на екрані такі результати:

Початкові значення i, j: 10 20

Початкові значення x, у: 10.1 23.3

Початкові значення a, b: x z

Після перестановки i, j: 20 10

Після перестановки x, у: 23.3 10.1

Після перестановки a, b: z x

   Отже, розглянемо уважно код програми. Рядок template <class aType> void swapAB(aType &a, aType &b) повідомляє компілятор, по-перше, що створюється шаблон, і, по-друге, що тут починається узагальнене визначення шаблонної функції. Позначення aType є узагальненим типом, який використовується як "заповнювач". За template-заголовком знаходиться оголошення функції swapAB(), у якому символ aType означає тип даних для значень, які мінятимуться місцями. У функції main() продемонстровано виклик функції swapAB() з використанням трьох різних типів даних: int, double і char. Оскільки функція swapAB() є узагальненою, то компілятор автоматично створює три версії функції swapAB(): одну для обміну цілих чисел, другу для обміну чисел з плинною крапкою і третю для обміну символів.

   Тут необхідно уточнити деякі важливі терміни, пов'язані з шаблонами. По-перше, узагальнена функція (тобто функція, оголошення якої передує template-настанові) також називається шаблонною функцією. Обидва терміни використовуються як взаємозамінні. Коли компілятор створює конкретну версію цієї функції, то вважають, що створюється її спеціалізація (або конкретизація). Спеціалізація також називається породженою функцією (generated function). Дію породження функції визначають як її реалізацію (instantiating). Іншими словами, породжувана функція є конкретним примірником шаблонної функції.

    Оскільки мова програмування C++ не розпізнає символ кінця рядка як ознаку кінця настанови, то template-частина визначення узагальненої функції може не знаходитися в одному рядку з іменем цієї функції. У наведеному нижче прикладі показано ще один (достатньо поширений) спосіб форматування функції swapAB():

template <class aType>

void swapAB(aType &a, aType &b)

{     aType tmp;             // Створення тимчасової змінної

      tmp = a;

      a = b;

      b = tmp;

}

    При використанні цього формату важливо розуміти, що між template-настановою і початком визначення узагальненої функції ніякі інші настанови знаходитися не можуть. Наприклад, наведений нижче код програми не відкомпілюється:

// Цей програмний код не відкомпілюється

template <class aType>

int i;           // Тут помилка!

void swapAB(aType &a, aType &b)

{    aType tmp;     // Створення тимчасової змінної

     tmp = a;

     a = b;

     b = tmp;

}

    Як зазначено в коментарі, template-специфікація повинна знаходитися безпосередньо перед визначенням функції. Між ними не може знаходитися ні настанова оголошення змінної, ні будь-яка інша настанова.

  1.   Безпосередньо задане перевизначення узагальненої функції

    Незважаючи на те, що узагальнена функція сама перевизначається в міру потреби, однак це можна робити і безпосередньо. Формально цей процес називається безпосередньою спеціалізацією. При перевизначенні узагальнена функція перевизначається "на вигоду" цієї конкретної версії. Розглянемо, наприклад, наведену нижче програму, яка є переробленою версію першого прикладу.

Приклад. Демонстрація механізму перевизначення шаблонної функції

template <class aType> void swapAB(aType &a, aType &b)

{    aType tmp;                 // Створення тимчасової змінної

     tmp = a;

     a = b;

     b = tmp;

     cout << "Виконується шаблонна функція swapAB" << endl;

}

// Ця функція перевизначає узагальнену версію функції swapAB() для int-параметрів.

void swapAB(int &a, int &b)

{    int tmp;

     tmp = a;

     a = b;

     b = tmp;

     cout << "Це int-спеціалізація функції swapAB" << endl;

}

void main()

{     int i = 10, j = 20;

      double x = 10.1, y = 23.3;

      char a = 'x', b = 'z';

      cout << "Початкові значення i, j: " << i << " " << j << endl;

      cout << "Початкові значення x, y: " << x << " " << y << endl;

      cout << "Початкові значення a, b: " << a << " " << b << endl;

      swapAB(i, j); // Викликається безпосередньо перевизначена функція swapAB().

      swapAB(x, y); // Викликається узагальнена функція swapAB().

      swapAB(a, b); // Викликається узагальнена функція swapAB().

      cout << "Після перестановки i, j: " << i << " " << j << endl;

      cout << "Після перестановки x, y: " << x << " " << y << endl;

      cout << "Після перестановки a, b: " << a << " " << b << endl;

}

    Внаслідок виконання ця програма відображає на екрані такі результати:

Початкові значення i, j: 10 20

Початкові значення x, у: 10.1 23.3

Початкові значення a, b: x z

Це int-спеціалізація функції swapAB.

Виконується шаблонна функція swapAB.

Виконується шаблонна функція swapAB.

Після перестановки i, j: 20 10

Після перестановки x, у: 23.3 10.1

Після перестановки a, b: z x

   Як зазначено в коментарях до цієї програми, під час виклику функції swapAB(i,j) виконується безпосередньо перевизначена версія функції swapAB(), яку визначено у програмі. Компілятор у цьому випадку не генерує узагальнену функцію swapAB(), оскільки вона перевизначається безпосередньо заданим варіантом перевизначеної функції. Для позначення безпосередньої спеціалізації функції можна використовувати новий альтернативний синтаксис, що містить ключове слово template. Наприклад, якщо задати спеціалізацію з використанням цього альтернативного синтаксису, то перевизначена версія функції swapAB() з попереднього коду програми виглядатиме так:

    // Використання нового синтаксису задавання спеціалізації

template<> void swapAB<int>(int &a, int &b)

{    int tmp;

     tmp = a;

     a = b;

     b = tmp;

     cout << "Це int-спеціалізація функції swapAB" << endl;

}

    Як бачите, в новому синтаксисі для позначення спеціалізації використовують конструкцію template<>. Тип даних, для яких створюється ця спеціалізація, вказується в кутових дужках після імені функції. Для задавання будь-якого типу узагальненої функції використовується один і той самий синтаксис. На даний момент жоден з синтаксичних способів задавання спеціалізації не має жодних переваг перед іншим, але з погляду перспективи розвитку мови програмування, можливо, все ж таки краще використовувати новий стиль.

    Безпосередня спеціалізація шаблону дає змогу спроектувати версію узагальненої функції з розрахунку на деяку унікальну ситуацію, щоб, можливо, скористатися перевагами підвищеної швидкодії програми тільки для одного типу даних. Але, як правило, якщо виникає потреба мати різні версії функції для різних типів даних, то доцільно використовувати перевантажені функції, а не шаблони.

  1.   Шаблонна функція з двома узагальненими типами

    У template-настанові можна визначити декілька узагальнених типів даних, використовуючи перелік елементів, розділених між собою комами. Наприклад, у наведеному нижче коді програми створюється шаблонна функція з двома узагальненими типами.

Приклад. Демонстрація механізму застосування шаблонної функції з двома узагальненими  

                 типами

template <class aType, class bType> void FunC(aType a, bType b)

{    cout << a << " " << b << endl;

}

void main()

{    FunC(10, "Привіт");

     FunC(0.23, 10L);

}

 

   У наведеному прикладі у процесі виконання функції main(), коли компілятор генерує конкретні примірники функції FunC(), заповнювачі типів aType і bType замінюються спочатку парою типів даних int і char *, а потім парою double і long відповідно.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

84072. Особенности сердечнососудистой системы у детей младшего возраста 31.68 KB
  Сердце и сосуды у детей значительно отличаются от сердечнососудистой системы взрослых. Рост сердца у детей идет во всех направлениях но неравномерно т. У новорожденных и детей первых 05 2 лет жизни сердце расположено поперечно и более высоко.
84073. Репродуктивная система человека 30.41 KB
  Репродуктивная система комплекс органов и систем которые обеспечивают процесс оплодотворения способствуют воспроизводству человека. Мужская репродуктивная система система органов расположенных снаружи тела около таза которые принимают участие в процессе репродукции. Репродуктивная система женщины состоит из органов расположенных преимущественно внутри тела в тазовой области.
84074. Половое созревание, регуляция полового созревания 33.51 KB
  Еще до появления первой менструации отмечается усиление функции гипофиза и яичников. В последние годы раскрыты новые механизмы становления и регуляции репродуктивной функции. Важная роль в регуляции репродуктивной функции принадлежит эндогенным опиатам энкефалины и их производные пре и проэнкефалины лейморфин неоэндорфины динорфин которые оказывают морфиноподобное действие и были выделены в центральных и периферических структурах нервной системы в середине 1970х годов. Данные о роли нейротрансмиттеров и влиянии через них эндогенных...
84075. Терморегуляция, виды терморегуляции 31.19 KB
  Различают несколько механизмов отдачи тепла в окружающую среду. Излучение отдача тепла в виде электромагнитных волн инфракрасного диапазона. Количество тепла рассеиваемого организмом в окружающую среду излучением пропорционально площади поверхности излучения площади поверхности тела не покрытой одеждой и градиенту температуры. При температуре окружающей среды 20с и относительной влажности воздуха 4060 организм взрослого человека рассеивает путём излучения около 4050 всего отдаваемого тепла.
84076. Терморегуляция у детей младшего возраста 31.18 KB
  Температура тела ребенка в первые месяцы жизни не вполне постоянна. Она может изменяться под влиянием различных факторов: охлаждения или перегревания тела приема пищи крика и так далее. Так у новорожденных на 1 кг массы тела приходится 700 см2 кожи у десятилетних детей 425 см2 а у взрослых 220 см2. Накопление тепла в организме способствует повышению температуры тела.
84077. Предмет и задачи анатомии и физиологии, предмет и задачи возрастной анатомии и физиологии 29.86 KB
  Физиология наука о функциях живого организма как единого целого о процессах протекающих в нём и механизмах его деятельности. В настоящее время физиология и анатомия накопили огромный фактический материал. Это привело к тому что от физиологии и от анатомии отпочковываются две самостоятельные науки это возрастная анатомия и возрастная физиология. Возрастная физиология это наука которая изучает особенности процесса жизнедеятельности организма на разных этапах онтогенеза.
84078. Современные методы изучения организма. Клетка, строение животной клетки 33.92 KB
  Клетка строение животной клетки. Масса и длина тела окружность грудной клетки и талии обхват плеча и голени толщина кожножировой складки все это и многое другое традиционно измеряют антропологи с помощью медицинских весов ростомера антропометра и других специальных приспособлений. В каждой клетке различают две основные части цитоплазму и ядро в цитоплазме в свою очередь содержатся органоиды мельчайшие структуры клетки обеспечивающие ее жизнедеятельность митохондрии рибосомы клеточный центр и др. В ядре перед делением...
84079. Ткани, органы и системы органов 30.93 KB
  Особенностью соединительной ткани является сильное развитие межклеточного вещества. К соединительной ткани относятся кровь лимфа хрящевая костная жировая ткани. Благодаря сокращению скелетных мышц становится возможным передвижение тела в пространстве; особое строение сердечной мышечной ткани обеспечивает одновременное сокращение больших участков сердечной мышцы. Структурной единицей нервной ткани является нервная клетка нейрон состоящий из тела овальной звездчатой или многоугольной формы и отходящих от него отростков.
84080. Общие принципы регуляции работы организма 22.35 KB
  Регуляция в живых организмах представляет собой совокупность процессов обеспечивающих необходимые режимы функционирования достижение определенных целей или полезных для организма приспособительных результатов. Процесс физиологической регуляции является основой самоудовлетворения потребностей живого организма.