68956

Шаблони. Функція з двома узагальненими параметрами

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

За допомогою шаблонів можна створювати узагальнені функції і класи які працюють з типом даних заданим як параметр. Узагальнені функції Узагальнена функція визначає універсальну сукупність операцій застосовних до різних типів даних. За допомогою узагальненої функції можна визначити природу...

Украинкский

2014-09-28

54.5 KB

0 чел.

Лекція № 18

Тема: Шаблони

План

  1.  Узагальнені функції
  2.  Функція з двома узагальненими параметрами
  3.  Явне перевантаження узагальненої функції

Шаблони — один з найбільш складних і могутніх механізмів мови C++. Їх не було в первинній версії мови C++, але через декілька років вони стали його невід'ємною частиною, підтримуваною всіма сучасними компіляторами. За допомогою шаблонів можна створювати узагальнені функції і класи, які працюють з типом даних, заданим як параметр. Таким чином, одну і ту ж функцію або клас можна застосовувати до різних типів даним, не використовуючи окремі варіанти для кожного типу.

Узагальнені функції

Узагальнена функція визначає універсальну сукупність операцій, застосовних до різних типів даних. Тип даних, з якими працює функція, передається як параметр. Це дозволяє застосовувати одну і ту ж функцію до широкого спектру даних. Як відомо, багато алгоритмів носять універсальний характер і не залежать від типу даних, якими вони оперують. Наприклад, для масивів цілих і дійсних чисел використовується один алгоритм швидкого сортування. За допомогою узагальненої функції можна визначити природу алгоритму незалежно від типу даних. Після цього компілятор автоматично генерує правильний код, відповідний конкретному типу. По суті, узагальнена функція автоматично перенавантажує саму себе.

Узагальнена функція оголошується за допомогою ключового слова template. Звичайне значення слова "template" (шаблон) точно відповідає своєму сенсу в мові C++. Воно використовується для створення шаблону, який описує дії функції і дозволяє компілятору самому уточнювати необхідні деталі. Визначення шаблонної функції виглядає таким чином.

template <class Tтип> тип_возвращаемого_значения

имя_функции (список_параметров)

{

/ / Тіло функції

}

Тут параметр Ттіп задає тип даних, з яким працює функція. Цей параметр можна використовувати і усередині функції, проте при створенні конкретної версії узагальненої функції компілятор автоматично підставить замість нього фактичний тип. Традиційно узагальнений тип задається за допомогою ключового слова class, хоча замість нього можна застосовувати ключове слово typename.

У наступному прикладі демонструється узагальнена функція, що міняє місцями дві змінні. Оскільки процес перестановки не залежить від типу змінних, його можна описати за допомогою узагальненої функції.

// Приклад шаблонної функції.

#include <iostream>

using namespace std;

// шаблон функції

Template <class X> void swapargs(X &a, X &b)

{

X temp;

temp=a; a=b; b=temp;

}

int main()

{

int i=10, j=20;

double x=10.1, y=23.3;

char a=’x’, b=’z’;

cout << “Вихідні значення i, j: ” << i << ‘ ’ << j << ‘\n’;

cout << “Вихідні значення x, y: ” << x << ‘ ’ << y << ‘\n’;

cout << “Вихідні значення a, b: ” << a << ‘ ’ << b << ‘\n’;

swapargs(i, j);

swapargs(x,y);

swapargs(a,b);

cout << “Змінені значення i, j: ” << i << ‘ ’ << j << ‘\n’;

cout << “Змінені значення x, y: ” << x << ‘ ’ << y << ‘\n’;

cout << “Змінені значення a, b: ” << a << ‘ ’ << b << ‘\n’;

return 0;

}

Розглянемо цю програму докладніше. Рядок

template <class X> void swapargs(X &а, X &b)

повідомляє компілятор, що: по-перше, створюється шаблон, і, по-друге, починається опис узагальненої функції. Тут параметр X задає узагальнений тип, який згодом буде замінений фактичним типом. Після цього рядка оголошується функція swapargs(), у якій змінні, що підлягають перестановці, мають узагальнений тип X. У функції main() функція swapargs Про викликається для трьох різних типів даних: int, double і char. Оскільки функція swapargs () є узагальненою, компілятор автоматично створює три її версії: для перестановки цілих і дійсних чисел, а також символів.

З шаблонами пов'язано декілька понять. По-перше, узагальнена функція. (тобто функція, оголошена за допомогою ключового слова template) називається також шаблонною функцією (template function). Ці терміни є синонімами. Конкретна версія узагальненої функції, що створюється компілятором, називається спеціалізацією (specialization) або функцією, що генерується (generated function). Процес генерації конкретної функції називається конкретизацією (instantiation) . Іншими словами, функція, що генерується, є конкретним екземпляром узагальненої функції.

Оскільки мову C++ не рахує кінець рядка символом кінця оператора, розділ template у визначенні узагальненої функції не зобов'язаний знаходитися в одному рядку з ім'ям функції. Цю особливість ілюструє наступний приклад.

 

template <class X>

void swapargs(X &a, X &b)

{

X temp;

temp = а ; а = b; b = temp;

}

В цьому випадку слід пам'ятати, що між оператором template і початком визначення узагальненої функції не повинно бути інших операторів. Наприклад, наступний фрагмент помилковий.

 

// Цей фрагмент містить помилку.

template <class X>

int i; // Помилка

void swapargs(X &a, X &b)

{

X temp;

temp = а; а = b; b = temp;

}

 

Як випливає з коментаря, специфікація template повинна безпосередньо передувати визначенню функції.

Функція з двома узагальненими типами

Використовуючи список, елементи якого розділені комами, можна визначити декілька узагальнених типів даних в операторові template. Наприклад, в наступній програмі створюється шаблонна функція, що має два узагальнені типи.

#include <iostream>

using namespace std;

template <class typel, class type2>

void myfunc(typel x, type2 у)

{

cout « x « ' ' « у << ' \n';

}

int main()

{

myfunc(10, "Я люблю C++");

myfunc(98.6, 19L);

return 0;

}

При генерації конкретних екземплярів функції myfunc() компілятор замінює шаблонні типи typel і type2 типами int і char*, а також double і lone відповідно.

При створенні шаблонної функції компілятор може автоматично генерувати стільки її різних варіантів, скільки існує способів виклику цієї функції в програмі.

Явне перевантаження узагальненої функції

Не дивлячись на те що узагальнена функція перенавантажує сама себе, її можна перенавантажувати явно. Цей процес називається явною спеціалізацією (explicit specialization). Переобтяжена функція заміщає (або "маскує") узагальнену функцію, пов'язану з даною конкретною версією. Розглянемо модифіковану версію програми, призначеної для перестановки два змінних.

 

// Заміщення шаблонної функції.

#include <iostream>

using namespace std;

template <class X> void swapargs(X &a, X &b)

{

X temp;

temp = а; а = b; b = temp;

cout « "Усередині функції swapargs.\n";

}

// Ця функція заміщає узагальнену версію функції

// swapargs(), призначену для перестановки цілих чисел.

void swapargs(int &a, int &b)

{

int temp;

temp = а; а = b;

b = temp;

cout « "Усередині спеціалізації функції swapargs для цілих чисел.\n";

}

 

int main() {

int i=10, j=20;

double x=10.1, y=23.3;

char a='x', b= ' z ' ;

cout << “Вихідні значення i, j: ” << i << ‘ ’ << j << ‘\n’;

cout << “Вихідні значення x, y: ” << x << ‘ ’ << y << ‘\n’;

cout << “Вихідні значення a, b: ” << a << ‘ ’ << b << ‘\n’;

swapargs(i, j); // Виклик явно переобтяженої функції swapargs().

swapargs(х, у); // Виклик узагальненої функції swapargs().

swapargs(а, b); // Виклик узагальненої функції swapargs()

 

cout << “Переставлені значення i, j: ” << i << ‘ ’ << j << ‘\n’;

cout << “Переставлені значення x, y: ” << x << ‘ ’ << y << ‘\n’;

cout << “Переставлені значення a, b: ” << a << ‘ ’ << b << ‘\n’;

return 0;

}

 

Як вказано в коментарях програми, при виклику функції swapargs() активізується її явно переобтяжена версія. Таким чином, компілятор не генерує версію шаблонної функції swapargs ().

Недавно з'явилася нова синтаксична конструкція, призначена для позначення явної спеціалізації функції. Цей метод використовує ключове слово template. Наприклад, переобтяжену функцію swapargs() з попереднього прикладу можна переписати таким чином.

// Нова синтаксична конструкція для спеціалізації

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

{

int temp;

temp = а;

а = b;

b = temp;

cout << "Усередині спеціалізації  swapargs для цілих чисел.\n";

}

Як видимий, новий спосіб визначення спеціалізації містить конструкцію template<>. Тип даних, для якого призначена спеціалізація, указується усередині кутових дужок після імені функції. Для спеціалізації будь-якого іншого типу узагальненої функції використовується така ж синтаксична конструкція. В даний час обидва способи визначення спеціалізації еквівалентні. Ймовірно, в майбутньому новий стиль може виявитися переважнішим.

За допомогою явної спеціалізації шаблону можна настроювати версію узагальненої функції на конкретну ситуацію. Це дозволяє максимально ефективно використовувати її для заданого типу даних. Проте, як правило, якщо для різних типів даних потрібні різні версії функції, слід застосовувати перевантаження, а не шаблони.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

29531. Правило Лопиталя 234.5 KB
  Правило Лопиталя. Правило Лопиталя используют для раскрытия неопределённостей видов и . На каждом этапе применения правила Лопиталя следует пользоваться упрощающими отношение тождественными преобразованиями а также комбинировать это правило с любыми другими приёмами вычисления пределов.
29532. Исследование функций и построение графиков 409 KB
  Точка принадлежащая области определения функции называется критической точкой функции если в этой точке или не существует. Критические точки функции разбивают её область определения на интервалы монотонности интервалы возрастания и убывания. Если точка экстремума функции то или не существует.246 Наибольшее и наименьшее значения функции.
29533. Функции нескольких переменных (область определения, частные производные, дифференциал) 442 KB
  Естественной областью определения функции называется множество точек для координат которых формула имеет смысл. Графиком функции в прямоугольной системе координат называется множество точек пространства с координатами представляющее собой вообще говоря некоторую поверхность в . Линией уровня функции называется линия на плоскости в точках которой функция принимает одно и тоже значение .
29534. ФНП (неявная производная, градиент, производная по направлению, эластичность, локальные и глобальные экстремумы) 487.5 KB
  63 Найти производную для функций заданных неявно: а ; б ; в ; г .64 Найти производные указанного порядка для функций заданных неявно: а если ; б если .65 Найти частные производные для функций заданных неявно: а ; б ; в ; г 6.66 Найти дифференциал функции заданной неявно в указанной точке если: а ; б .
29535. ФНП (производная сложной функции, условные экстремумы, касательная плоскость и нормаль, выпуклость) 418.5 KB
  Достаточное условие условного экстремума. Пусть - точка возможного условного экстремума функции , т.е. в этой точке выполнены необходимые условия условного экстремума. Тогда, если при всевозможных наборах значений , удовлетворяющих соотношениям () и не равных одновременно нулю:
29536. Векторный анализ. Теория поля 102.5 KB
  Векторные функции действительной переменной. Если каждому значению действительной переменной поставлен в соответствие вектор то говорят что на множестве задана векторфункция действительной переменной . Задание векторфункции равносильно заданию трёх числовых функций координат вектора : или кратко .
29537. Функция. Основные понятия. Графики элементарных функций 439 KB
  Графики элементарных функций.12 найти область определения функций: 4.21 выяснить какие из указанных функций четные какие нечетные.30 выяснить какие из функций являются периодическими и определить их наименьший период Т: 4.
29539. Непрерывность функции. Точки разрыва. Свойства функций непрерывных на отрезке 274.5 KB
  Точки разрыва. Если в точке то называется точкой разрыва функции . При этом различают следующие случаи: 1 Если то называется точкой устранимого разрыва функции . 2 Если в точке функция имеет конечные односторонние пределы и но они не равны друг другу то называется точкой разрыва 1ого рода.