Стенли Липпман - Язык программирования C++. Пятое издание

И объектно-ориентированное, и обобщенное программирование имеют дело с типами, неизвестными на момент написания программы. Различие между ними в том, что объектно-ориентированное программирование имеет дело с типами, которые не известны до времени выполнения, тогда как в обобщенном программировании типы становятся известны только во время компиляции.

Все описанные в части II контейнеры, итераторы и алгоритмы являются хорошими примерами обобщенного программирования. При написании обобщенной программы ее код должен работать способом, независимым от специфических типов. При использовании обобщенного кода ему следует предоставить типы или значения, с которыми будет работать данный конкретный экземпляр кода.

Например, библиотека предоставляет единое, обобщенное определение каждого контейнера, такого как вектор. Это обобщенное определение можно использовать для определения множества разных типов векторов, каждый из которых отличается от других типом хранимых элементов.

Шаблоны (template) — это основа обобщенного программирования. Шаблоны вполне можно использовать (как выше в книге), даже не понимая, как они определяются. В этой главе рассматривается определение собственных шаблонов.

В языке С++ шаблоны являются основой для общего программирования. Шаблон — это проект или формула для создания класса или функции.

При использовании такого обобщенного типа, как vector, или такой обобщенной функции, как find(), следует предоставить дополнительную информацию, необходимую для трансформации их проекта в конкретный класс или функцию во время компиляции. Использование шаблонов рассматривалось в главе 3, а в этой главе мы изучим их определение.

Предположим, необходимо написать функцию, которая сравнивает два значения и указывает, является ли первое из них меньшим, равным или большим, чем второе. Фактически придется создать несколько таких функций, каждая из которых сможет сравнивать значения определенного типа. На первом этапе можно было бы определить несколько перегруженных функций.

// возвращает 0, если значения равны, -1, если v1 меньше, и 1,

// если меньше v2

int compare(const string &v1, const string &v2) {

if (v1 < v2) return -1;

if (v2 < v1) return 1;

return 0;

}

int compare(const double &v1, const double &v2) {

if (v1 < v2) return -1;

if (v2 < v1) return 1;

return 0;

}

Эти функции почти идентичны и отличаются только типом параметров. Тела у обеих функций одинаковы.

Повторение тела функции для каждого сравниваемого типа не только утомительно, но и повышает вероятность возникновения ошибок. Однако важней всего то, что в этом случае необходимо заранее знать все типы, которые придется сравнивать. Этот подход не сработает в случае, когда функцию предполагается использовать для типов, неизвестных на данный момент.

Вместо того чтобы определять новую функцию для каждого типа, мы можем определить шаблон функции (function template). Шаблон функции — это проект, по которому можно создать некую версию данной функции, специфическую для заданного типа. Шаблон функции compare()может выглядеть так:

template

int compare(const T &v1, const T &v2) {

if (v1 < v2) return -1;

if (v2 < v1) return 1;

return 0;

}

Определение шаблона начинается с ключевого слова template, за которым следует разделяемый запятыми и заключенный в угловые скобки ( <>) список параметров шаблона (template parameter list), один или несколько параметров шаблона (template parameter).

Список параметров в определении шаблона не может быть пустым

Список параметров шаблона очень похож на список параметров функции. Список параметров функции задает имена и типы локальных переменных, но оставляет их неинициализированными. Инициализацию параметров во время выполнения обеспечивают аргументы.

Аналогично параметры шаблона представляют типы или значения, используемые при определении класса или функции. При использовании шаблона необходимо (явно или неявно) определить аргументы шаблона (template argument), чтобы связать их с соответствующими параметрами шаблона.

Например, рассматриваемая функция compare()объявляет единственный параметр типа Т. В шаблоне compareимя Тможно использовать там, где должно быть название типа данных. Фактический тип Тбудет определен компилятором на основании способа применения функции.

Когда происходит вызов шаблона функции, для вывода типов аргументов шаблона компилятор обычно использует аргументы вызова. Таким образом, когда происходит вызов шаблона compare, компилятор использует тип аргументов для определения типа, связанного с параметром шаблона Т. Рассмотрим следующий вызов:

cout << compare(1, 0) << endl; // Т - тип int

Здесь аргумент имеет тип int. Компилятор выведет и использует тип intкак аргумент шаблона, а также свяжет этот аргумент с параметром Тшаблона.

При создании экземпляра (instantiation) специфической версии функции компилятор сам использует выведенные параметры шаблона. При этом он подставляет фактические аргументы шаблона вместо соответствующих параметров шаблона. Рассмотрим следующий вызов:

// создание экземпляра int compare(const int&, const int&)

cout << compare(1, 0) << endl; // T - тип int

// создание

// экземпляра int compare(const vector&, const vector&)

vector vec1{1, 2, 3}, vec2{4, 5, 6};

cout << compare(vec1, vec2) << endl; // T - тип vector

Здесь компилятор создает два экземпляра разных версий функции compare(). В первой из них параметр Тзаменен типом int.

int compare(const int &v1, const int &v2) {

if (v1 < v2) return -1;

if (v2 < v1) return 1;

return 0;

}

Во втором вызове создается версия функции compare()с параметром Т, замененным типом vector. Такое создание компилятором функций обычно и называют созданием экземпляра шаблона.

У функции compare()есть один параметр типа (type parameter) шаблона. Как правило, параметр типа можно использовать как спецификатор типа таким же образом, как и встроенный спецификатор типа или класса. В частности, параметр типа применим при назначении типа возвращаемого значения или типа параметра функции, а также в объявлениях переменных или приведениях в теле функции: