Д. Стефенс - C++. Сборник рецептов

Тип между угловыми скобками — это то, что используется вместо Tпри создании экземпляра класса . Создание экземпляра шаблона — это процесс, выполняемый компилятором при создании версии TreeNodeпри условии, что T— это string. Двоичное физическое представление TreeNodeсоздается тогда, когда создается его экземпляр (и только в этом случае). В результате в памяти получается структура, эквивалентная той, которая была бы, если TreeNodeбыл написан без ключевого слова templateи параметра типа, а вместо Tиспользовался бы string.

Создание экземпляра шаблона для данного параметра типа аналогично созданию экземпляра объекта любого класса. Ключевое различие состоит в том, что создание экземпляра шаблона происходит в процессе компиляции, в то время как создание объекта класса происходит во время выполнения программы. Это означает, что если вместо stringдвоичное дерево должно хранить данные типа int, его узлы должны быть объявлены вот так.

TreeNode intNode1(7);

TreeNode intNode2(11);

TreeNode intNode3(13);

Как и в случае с версией для string, создается двоичное представление шаблона класса TreeNodeс использованием внутреннего типа int.

Некоторое время назад я сказал, что рассмотрю методы getLeftи getRight. Теперь, когда вы знакомы с созданием экземпляра шаблона (если еще не были), объявление и определение getLeftи getRightдолжно стать более осмысленным.

const TreeNode* getLeft() {return(left_);}

const TreeNode* getRight() {return(right_);}

Здесь говорится, что каждый из этих методов возвращает указатель на экземпляр TreeNodeдля T. Следовательно, когда создается экземпляр TreeNodeдля, скажем, string, экземпляры getLeftи getRightсоздаются следующим образом.

const TreeNode* getLeft() {return(left_);}

const TreeNode* getRight() {return(right_);}

При этом не существует ограничения одним параметром шаблона. Если требуется, можно использовать несколько таких параметров. Представьте, что вам требуется отслеживать число дочерних узлов данного узла, но пользователи вашего класса могут быть ограничены в использовании памяти и не захотят использовать int, если смогут обойтись short. Аналогично они могут захотеть применять для подсчета использованных узлов что-то более сложное, чем простой встроенный тип (например, их собственный класс). В любом случае это можно разрешить сделать с помощью еще одного параметра шаблона.

template

class TreeNode {

// ...

N getNumChildren();

private:

TreeNode() {}

T val_;

N numChildren_;

// ...

Таким образом, человек, использующий ваш класс, может указать для отслеживания размера поддеревьев каждого узла int, shortили что-либо еще.

Для параметров шаблона также можно указать аргументы по умолчанию, как это сделано в моем примере, для чего используется такой же синтаксис, как и при объявлении параметров функций по умолчанию.

template

Как и в случае с параметрами функций по умолчанию, их можно использовать только для отдельных параметров при условии, что этот последний параметр или все параметры справа от него имеют аргументы по умолчанию.

В примере 8.12 определение шаблона дается в том же месте, что и его объявление. Обычно это делается для экономии места, занимаемого примером, не в данном случае есть и еще одна причина. Шаблоны (классов или функций — см. рецепт 8.12) компилируются в двоичную форму только тогда, когда создается их экземпляр. Таким образом, невозможно создать объявление шаблона в заголовочном файле, а его реализацию — в исходном файле (т.е. .cpp ) Причина заключается в том, что в нем нечего компилировать! Из этого правила имеются исключения, но обычно при написании шаблона класса его реализация должна помешаться в заголовочном файле или встраиваемом файле, который подключается заголовочным.

В этом случае требуется использовать несколько необычный синтаксис. Методы и другие части класса объявляются как в обычном классе, но при определении методов требуется включить дополнительные лексемы, которые говорят компилятору, что это части шаблона класса. Например, getValможно определить вот так (сравните с примером 8.12)

template

const T& TreeNode::getVal() const {

return(val_);

}

Тело функции выглядит точно так же.

Однако с шаблонами следует быть осторожными, так как если написать шаблон, который используется повсеместно, то можно получить раздувание кода , что случается, когда один и тот же шаблон с одними и теми же параметрами (например, TreeNode) компилируется в нескольких объектных файлах. По существу в нескольких файлах окажется одно и то же двоичное представление экземпляра шаблона, и это сделает библиотеку или исполняемый файл значительно больше по размеру, чем требуется.

Одним из способов избежать этого является использование явного создания экземпляров, что позволяет указать компилятору создать версию шаблона класса для определенного набора аргументов шаблона. Если сделать это в таком месте, которое компонуется вместе с остальными клиентскими частями, то раздувания кода не произойдет. Например, если известно, что в приложении будет использоваться TreeNode, то в общий исходный файл можно поместить такую строку.

// common.cpp

template class TreeNode;

Соберите динамическую библиотеку с этим файлом, и после этого код, использующий TreeNode, сможет применять эту библиотеку динамически, не содержа своей собственной скомпилированной версии шаблона. Другой код может включить заголовочный файл шаблона класса, затем скомпоноваться с этой библиотекой и. следовательно, избежать необходимости иметь свою копию. Однако этот подход требует проведения экспериментов, так как не все компиляторы имеют одинаковые проблемы с раздуванием кода, но это общий подход для его минимизации.

Шаблоны C++ (как классов, так и функций) — это очень обширная тема, и имеется огромное количество методик создания мощных, эффективных проектов на основе шаблонов. Великолепным примером шаблонов классов являются контейнеры из стандартной библиотеки, такие как vector, list, setи другие, которые описываются в главе 15. Большая часть интересных разработок, описанных в литературе по С++, связана с шаблонами. Если вы заинтересовались этим предметом, почитайте группы новостей comp.lang.std.c++ и comp.lang.c++ . В них всегда можно найти интересные вопросы и ответы на них.

Рецепт 8.12.

Имеется один метод, который должен принимать параметр любого типа, и невозможно ограничиться каким-либо одним типом или категорией типов (используя указатель на базовый класс).