Стенли Липпман - Язык программирования C++. Пятое издание

Шаблон класса (class template) — своего рода проект для создания классов. Шаблоны классов отличаются от шаблонов функций, для которых компилятор не может вывести типы параметров шаблона. Вместо этого, как уже демонстрировалось не раз, для использования шаблона класса следует предоставить дополнительную информацию в угловых скобках после имени шаблона (см. раздел 3.3). Эта дополнительная информация — список аргументов шаблона, подставляемых вместо параметров шаблона.

В качестве примера реализуем шаблонную версию класса StrBlob(см. раздел 12.1.1). Присвоим шаблону имя Blob, указывающее, что он больше не специфичен только для строк. Как и класс StrBlob, этот шаблон будет предоставлять совместный (и проверяемый) доступ к своим членам. В отличие от класса, шаблон применяется к элементам практически любого типа. Подобно библиотечным контейнерам, используя шаблон Blob, пользователи должны будут определить тип элемента.

Как и шаблоны функции, шаблоны класса начинаются с ключевого слова template, за которым следует список параметров шаблона. В определении шаблона класса (и его членов) используются параметры шаблона как знакоместа типов или значений, которые будут подставлены при использовании шаблона:

template class Blob {

public:

typedef T value_type;

typedef typename std::vector::size_type size_type;

// конструкторы

Blob();

Blob(std::initializer_list il);

// количество элементов в Blob

size_type size() const { return data->size(); }

bool empty() const { return data->empty(); }

// добавление и удаление элементов

void push_back(const T &t) {data->push_back(t);}

// версия перемещения; см. p. 13.6.3

void push_back(T &&t) { data->push_back(std::move(t)); }

void pop_back();

// доступ к элементу

T& back();

Т& operator[](size_type i); // определено в разделе 14.5

private:

std::shared_ptr> data;

// выдать сообщение, если data[i] недопустим

void check(size_type i, const std::string &msg) const;

}

У шаблона Blobесть один параметр типа Т. Он используется везде, где ожидается тип элемента, хранимый классом Blob. Например, тип возвращаемого значения функции доступа к элементам Blobопределен как Т&. Когда пользователь создаст экземпляр шаблона Blob, он использует параметр Тдля замены конкретным типом аргумента шаблона.

За исключением списка параметров шаблона и использования Твместо string, этот класс совпадает с тем, что было определено в разделе 12.1.1 и модифицировано в разделе 12.1.6, а также в главах 13 и 14.

Как уже неоднократно упоминалось, при использовании шаблона класса следует предоставить дополнительную информацию. Как можно теперь утверждать, эта дополнительная информация является списком явных аргументов шаблона (explicit template argument), которые привязаны к параметрам шаблона. Компилятор использует эти аргументы для создания специфического экземпляра класса по шаблону.

Например, чтобы определить тип для шаблона Blob, следует предоставить тип элемента:

Blob ia; // пустой Blob

Blob ia2 = {0,1,2,3,4}; // Blob с пятью элементами

Оба объекта, iaи ia2, используют ту же специфическую для типа версию шаблона Blob(т.е. Blob). Из этих определений компилятор создает экземпляр класса, который эквивалентен следующему:

template <> class Blob {

typedef typename std::vector::size_type size_type;

Blob();

Blob(std::initializer_list il);

// ...

int& operator[](size_type i);

private:

std::shared_ptr> data;

void check (size_type i, const std::string &msg) const;

};

Когда компилятор создает экземпляр класса из шаблона Blob, он переписывает его, заменяя каждый экземпляр параметра Tзаданным аргументом шаблона, которым в данном случае является int.

Компилятор создает разный класс для каждого заданного типа элемента:

// эти определения создают экземпляр двух разных типов Blob

Blob names; // Blob содержащий строки

Blob prices; // другой тип элемента

Эти определения привели бы к созданию двух разных экземпляров класса: определение namesсоздает класс Blob, в котором каждое вхождение Тзаменено на string. Определение pricesсоздает класс Blob, где Тзаменено на double.

При каждом создании экземпляра шаблона класса получается независимый класс. У типа Blobнет никаких отношений с другим типом класса Blobили специальных прав доступа к его членам.

Ссылки на тип шаблона в пределах шаблона

При чтении кода шаблона класса не следует забывать, что имя шаблона класса не является именем самого класса (см. раздел 3.3). Шаблон класса используется для создания экземпляра класса, при этом всегда используются аргументы шаблона.

Непонятным может показаться то, что код в шаблоне класса вообще не использует имя фактического типа (или значения) как аргумент шаблона. Вместо этого как аргументы шаблона зачастую используются собственные параметры. Например, переменная-член dataиспользует два шаблона, vectorи shared_ptr. Каждый раз, когда используется шаблон, следует предоставить аргументы шаблона. В данном случае предоставляемый аргумент шаблона имеет тот же тип, который используется при создании экземпляра шаблона Blob. Следовательно, определение переменной-члена dataс использованием параметра типа шаблона Blobсвидетельствует о том, что переменная-член dataявляется экземпляром указателя shared_ptrна экземпляр шаблона vector, содержащего объекты типа Т.

std::shared_ptr> data;

При создании экземпляра специфического класса Blob, такого как Blob, переменная-член dataбудет такой:

shared_ptr>

Если создать экземпляр Blob, то переменная-член dataбудет такой: shared_ptr>, и т.д.

Подобно любому классу, функции-члены шаблона класса можно определить как в, так и вне тела класса. Как и у любых других классов, члены, определенные в теле, неявно являются встраиваемыми.

Функция-член шаблона класса сама по себе является обычной функцией. Однако у каждого экземпляра шаблона класса есть собственная версия каждого члена. В результате у функции-члена шаблона класса будут те же параметры шаблона, что и у самого класса. Поэтому функция-член, определенная вне тела шаблона класса, начинается с ключевого слова template, сопровождаемого списком параметров шаблона класса.