Шаблоны

Сентябрь 6, 2022

Содержание

2. Зачем нужны шаблоны? Сильно типизированный язык , такой, как C++, создает препятствия для реализации совсем простых
3. Решение проблемы: перегруженные функции int Min(int a, int b ) { return a } double Min(double
4. Преимущества и недостатки этого подхода Преимущество: возможность реализовать особенности работы с определёнными типами const char* Min(const
5. Решение проблемы: использование макросов #define Min(a, b) ((a) Недостатки: одинаковая реализация для всех типов; это –
6. Определение шаблона Шаблон – это реализация функции или класса для типов, которые передаются в шаблон в
7. Задание шаблона для функции min() template Type Min(Type a, Type b) { return a } или
8. Реализация шаблонов При компиляции текста шаблона проводится лишь синтаксический анализ заголовка, программный код не генерируется; генерация
9. Ошибки компиляции при использовании шаблонов Ошибки компиляции возможны при использовании недопустимых синтаксических конструкций в заголовке шаблона
10. Ошибки компиляции при использовании шаблонов Ошибки компиляции возможны при использовании недопустимых синтаксических конструкций в тексте функции:
11. Ошибки компиляции при использовании шаблонов Ошибки компиляции возможны при использовании недопустимых синтаксических конструкций в процессе конкретизации
12. Явное и неявное указание параметров при конкретизации шаблонов cout Создаётся неявная конкретизация для типа int cout
13. Явное и неявное указание параметров при конкретизации шаблонов cout Ошибка компиляции: error C2782: 'Type Min(Type,Type)' :
14. Специализация шаблонов (определение) В некоторых случаях имеется специальная информация о типе, позволяющая написать более эффективную функцию,
15. Специализация шаблонов (часть 1) cout // неверный результат – Serge // Причина: выполняется сравнение указателей, //
16. Специализация шаблонов (часть 2) cout // неверный результат – Serge // Причина: выполняется сравнение указателей, //
17. Специализация шаблонов (ограничения) Специализация шаблона должна быть определена до конкретизации! template Type Min( Type a, Type
18. Пример шаблона с параметрами-типами и параметрами-переменными Функция находит минимальный элемент в массиве, размер которого задаётся параметром
19. Для чего нужны шаблоны классов? Наиболее очевидное использование - адаптивные объекты памяти или контейнеры. Вернёмся к
20. Описание шаблона класса template class имя_класса{ … }; … template реализация_методов; Реализация метода: template тип_возврата имя_класса
21. Описание очереди через шаблон #ifndef __LQueue_defined__ #define __LQueue_defined__ #include using namespace std; template class LQueue {
22. Реализация отдельных методов очереди template void LQueue ::Erase() { while (Pop()); size = 0; } template
23. Особенности работы с типом const char * Hello Kashkevich Serge world!
24. Общий шаблон для метода Pop() template bool LQueue ::Pop() { if (size==0) return false; QItem *tmp
25. Специализация метода Pop() для класса const char * template bool LQueue ::Pop() { if (size==0) return
26. Конструктор QItem и его специализация для класса const char * template class LQueue { … struct
27. Особенности компоновки проекта при создании шаблона классов Шаблоны компилируются только в момент их конкретизации, и разнесение
28. Особенности доступа к элементам очереди Оператор [] возвращает ссылку на хранящийся в очереди элемент, позволяя его
29. Решение возникшей проблемы запрет выполнения оператора [] для класса const char *; Предоставление вместо этого метода
30. Метод PtrByIndex() template void* LQueue ::PtrByIndex (unsigned k) const { if ((k =size)) throw exception("Impossible to
31. Вызовы метода PtrByIndex() из открытых методов template const InfoType& LQueue ::GetByIndex (unsigned k) const { return
32. Специализация метода SetByIndex() template void LQueue :: SetByIndex(const char * AInfo, unsigned k){ char * curr
33. Оператор typeid() Оператор typeid имеет две формы: typeid(выражение) typeid(тип) Он создаёт объект класса type_info с информацией
34. Использование typeid() вместо специализации template InfoType& LQueue ::operator [] (unsigned k) { if (typeid(InfoType)==typeid(const char *))
36. Скачать презентацию

Слайд 2

Зачем нужны шаблоны?
Сильно типизированный язык , такой, как C++, создает препятствия

для реализации совсем простых функций. Реализация таких функций должна быть многократно повторена для различных типов, хотя алгоритм остаётся одним и тем же.
int Min(int a, int b ) {
return a < b ? a : b;
}
Эта функция неприменима к типу double:
cout << Min(4.5, 6);
результат:
4

Слайд 3

Решение проблемы: перегруженные функции
int Min(int a, int b ) {
return

a < b ? a : b;
}
double Min(double a, double b ) {
return a < b ? a : b;
}
long long Min(long long a, long long b ) {
return a < b ? a : b;
}
и т.д.

Слайд 4

Преимущества и недостатки этого подхода
Преимущество:
возможность реализовать особенности работы с определёнными

типами
const char* Min(const char* a, const char* b ) {
return strcmp(a, b)<0 ? a : b;
}
Недостатки:
дублирование кода;
невозможно реализовать функцию (особенно стандартную) для абсолютно всех типов данных, которые потребуются в дальнейшем.

Слайд 5

Решение проблемы: использование макросов
#define Min(a, b) ((a) < (b) ? (a)

: (b))
Недостатки:
одинаковая реализация для всех типов;
это – не вызов функции, а текстовая подстановка, так что выражения будут рассчитываться дважды.
int p=6;
std::cout << Min(p++, 8);
Результат вывода – 7, поскольку вторая строка преобразуется в строку
std::cout << ((p++) < (8) ? (p++) : (8));

Слайд 6

Определение шаблона
Шаблон – это реализация функции или класса для типов, которые

передаются в шаблон в качестве параметров
Синтаксис задания шаблона функции:
template <параметры_шаблона>
реализация_функции ; // объявление или определение
Категории параметров шаблона:
параметры-типы
class имя_параметра
typename имя_параметра
параметры-переменные
тип имя_параметра

Слайд 7

Задание шаблона для функции min()
template
Type Min(Type a, Type

b) {
return a < b ? a : b;
}
или
template
T Min(T a, T b) {
return a < b ? a : b;
}
Использование шаблона:
cout << Min(5, 8); // результат - 5
cout << Min(5.4, 3.8); // результат – 3.8
cout << Min("Serge", "Kashkevich");
// неверный результат - Serge

Слайд 8

Реализация шаблонов
При компиляции текста шаблона проводится лишь синтаксический анализ заголовка, программный

код не генерируется;
генерация программного кода выполняется при его вызове. При этом определяются значения параметров-типов и для каждого нового параметра-типа строится свой экземпляр шаблона. Такой механизм называется инстанциацией (конкретизацией) шаблона.

Слайд 9

Ошибки компиляции при использовании шаблонов
Ошибки компиляции возможны при использовании недопустимых синтаксических

конструкций в заголовке шаблона или функции:
template
Type Min( Type a, Type b )) {
return a < b ? a: b;
}
Эта ошибка обнаружится всегда, даже если нет ни одной конкретизации шаблона.

Слайд 10

Ошибки компиляции при использовании шаблонов
Ошибки компиляции возможны при использовании недопустимых синтаксических

конструкций в тексте функции:
template
Type Min( Type a, Type b ) {
return a < b ? a? b;
}
Эта ошибка обнаружится при первой же конкретизации шаблона.

Слайд 11

Ошибки компиляции при использовании шаблонов
Ошибки компиляции возможны при использовании недопустимых синтаксических

конструкций в процессе конкретизации шаблона:
template
Type Min( Type a, Type b ) {
return a < b ? a: b;
}
Эта ошибка обнаружится при конкретизации шаблона для типа, у которого не определена операция «меньше».
Person p1(”John”), p2(”Richard”);
…
Person p3(Min(p1, p2)); // Ошибка!

Слайд 12

Явное и неявное указание параметров при конкретизации шаблонов
cout << Min(2, 4)

<< endl;
Создаётся неявная конкретизация для типа int
cout << Min(2.8, 4.7) << endl;
Создаётся неявная конкретизация для типа double
cout << Min(2LL, 4LL) << endl;
Создаётся неявная конкретизация для типа long long

Слайд 13

Явное и неявное указание параметров при конкретизации шаблонов
cout << Min(2, 4.7)

<< endl;
Ошибка компиляции:
error C2782: 'Type Min(Type,Type)' : template parameter 'Type' is ambiguous
Исправление ошибки:
Первый способ:
cout << Min((double)2, 4.7) << endl;
Второй способ:
cout << Min (2, 4.7) << endl;

Слайд 14

Специализация шаблонов (определение)
В некоторых случаях имеется специальная информация о типе, позволяющая

написать более эффективную функцию, чем конкретизированная по шаблону. А иногда общее определение, предоставляемое шаблоном, для некоторого типа просто не работает.
Явное определение специализации – это такое определение, в котором за ключевым словом template следует пара угловых скобок <>, а за ними – определение специализированного шаблона:
template <> тип_возврата
функция <параметры шаблона>
(параметры_функции) {реализация}

Слайд 15

Специализация шаблонов (часть 1)
cout << Min("Serge", "Kashkevich");
// неверный результат – Serge
//

Причина: выполняется сравнение указателей,
// а не сравнение строк
Первый вариант решения: перегрузка функции Min
template
Type Min( Type a, Type b ) {
return a < b ? a: b;
}
const char* Min(const char* a, const char* b ) {
return strcmp(a, b)<0 ? a : b;
}

Слайд 16

Специализация шаблонов (часть 2)
cout << Min("Serge", "Kashkevich");
// неверный результат – Serge
//

Причина: выполняется сравнение указателей,
// а не сравнение строк
Второй вариант решения: специализация Min для типа const char *
template
Type Min( Type a, Type b ) {
return a < b ? a: b;
}
template <> const char* Min
(const char* a, const char* b ) {
return strcmp(a, b)<0 ? a : b;
}

Слайд 17

Специализация шаблонов (ограничения)
Специализация шаблона должна быть определена до конкретизации!
template

Type Min( Type a, Type b ) {
return a < b ? a: b;
}
void my_func() {
…
cout << Min("Serge", "Kashkevich");
…
}
// компилятор ещё не видит, что была выполнена
// специализация!
template <> const char* Min
(const char* a, const char* b ) {
return strcmp(a, b)<0 ? a : b;
}

Слайд 18

Пример шаблона с параметрами-типами и параметрами-переменными
Функция находит минимальный элемент в массиве,

размер которого задаётся параметром шаблона (так делать категорически не рекомендуется!):
template
Type Min( Type *arr) {
Type m = arr[0];
for (unsigned i=1; i if (m>=arr[i])
m = arr[i];
return m;
}
Конкретизация:
int M[50];
//заполнение массива M
cout << Min (M);

Слайд 19

Для чего нужны шаблоны классов?
Наиболее очевидное использование - адаптивные объекты памяти

или контейнеры.
Вернёмся к примеру из предыдущих лекций:
typedef int InfoType;
class LQueue {
…
}
Преимущества:
легко переходить к другому типу хранимых данных.
Недостатки:
невозможно в одном приложении организовать очереди для различных типов;
не для всех типов данных такая реализация работает

Слайд 20

$Описание шаблона класса template class имя_класса{ … }; … template реализация_методов;$

Описание шаблона класса
template <параметры_шаблона>
class имя_класса{ … };
…
template <параметры_шаблона>
реализация_методов;
Реализация метода:
template <параметры_шаблона>
тип_возврата имя_класса<значения_параметров_шаблона>
::имя

метода { … }
В параметрах шаблона, в отличие от шаблонов функций, могут быть заданы значения по умолчанию!

Слайд 21

Описание очереди через шаблон
#ifndef __LQueue_defined
#define LQueue_defined__
#include
using namespace std;
template

= int>
class LQueue {
…
};
#endif

Слайд 22

Реализация отдельных методов очереди
template
void LQueue ::Erase() {
while (Pop());
size

= 0;
}
template
void LQueue ::Clone(const LQueue& Q) {
QItem *tmp = Q.front;
for (unsigned i=0; i Push(tmp->info);
tmp = tmp->next;
}
}

Слайд 23

Особенности работы с типом const char *
Hello
Kashkevich
Serge
world!

Слайд 24

Общий шаблон для метода Pop()
template
bool LQueue ::Pop() {
if

(size==0)
return false;
QItem *tmp = front;
front = front->next;
delete tmp;
size--;
if (size==0)
rear = NULL;
return true;
}

Слайд 25

Специализация метода Pop() для класса const char *
template <>
bool LQueue

::Pop() {
if (size==0)
return false;
QItem *tmp = front;
front = front->next;
delete [] tmp->info;
delete tmp;
size--;
if (size==0)
rear = NULL;
return true;
}

Слайд 26

Конструктор QItem и его специализация для класса const char *
template

InfoType>
class LQueue {
…
struct QItem {
…
QItem(InfoType Ainfo): info(Ainfo), next(NULL) {}
};
…
};
template <>
LQueue ::QItem::QItem(
const char * AInfo): next(NULL) {
info = new char[strlen(AInfo)+1];
strcpy((char *)info, AInfo);
}

Слайд 27

Особенности компоновки проекта при создании шаблона классов
Шаблоны компилируются только в момент

их конкретизации, и разнесение реализации класса и его использования в различные файлы без связи друг с другом становится невозможным.
Возможные способы решения этой проблемы:
дать пользователю класса описание шаблонов в исходных текстах;
реализовать собственные классы на основе шаблонов для наиболее употребимых типов.

Слайд 28

Особенности доступа к элементам очереди
Оператор [] возвращает ссылку на хранящийся в

очереди элемент, позволяя его изменять. Для типа char * это может привести к изменению указателя. Следствия:
утечка памяти;
доступ к памяти, выделенной вне класса.
Следовательно, этот оператор нельзя применять для указанного типа.

Слайд 29

Решение возникшей проблемы
запрет выполнения оператора [] для класса const char *;
Предоставление

вместо этого метода SetByIndex для выполнения замены строк
Кроме того, имеет смысл написать защищённый метод, возвращающий указатель на элемент очереди с указанным индексом.

Слайд 30

Метод PtrByIndex()
template
void* LQueue ::PtrByIndex (unsigned k) const {
if

((k<0) || (k>=size))
throw exception("Impossible to obtain
queue item: invalid index");
QItem *tmp = front;
for (unsigned i=0; i tmp = tmp->next;
return tmp;
}

Слайд 31

Вызовы метода PtrByIndex() из открытых методов
template
const InfoType& LQueue

::GetByIndex (unsigned k) const {
return ((QItem*)PtrByIndex(k))->info;
}
template
void LQueue ::SetByIndex(InfoType AInfo, unsigned k) {
((QItem*)PtrByIndex(k))->info = AInfo;
}

Слайд 32

Специализация метода SetByIndex()
template <>
void LQueue ::
SetByIndex(const char *

AInfo, unsigned k){
char * curr =
(char *)((QItem*)PtrByIndex(k))->info;
delete [] curr;
curr = new char[strlen(AInfo)+1];
strcpy(curr, AInfo);
((QItem*)PtrByIndex(k))->info = curr;
}

Слайд 33

Оператор typeid()
Оператор typeid имеет две формы:
typeid(выражение)
typeid(тип)
Он создаёт объект класса type_info

с информацией о типе операнда.
Пример использования typeid:
cout << typeid(”Hello, world!”).name() << endl;
// Результат – ”char const [14]”

Слайд 34

Использование typeid() вместо специализации
template
InfoType& LQueue ::operator [] (unsigned

k) {
if (typeid(InfoType)==typeid(const char *))
throw exception("Using of operator[] is
prohibited; use SetByIndex or GetByIndex instead");
return (InfoType&) ((QItem*)PtrByIndex(k))->info;
}

Шаблоны

Содержание

Зачем нужны шаблоны?Сильно типизированный язык , такой, как C++, создает препятствия

Решение проблемы: перегруженные функцииint Min(int a, int b ) { return

Преимущества и недостатки этого подходаПреимущество: возможность реализовать особенности работы с определёнными

Решение проблемы: использование макросов#define Min(a, b) ((a) < (b) ? (a)

Определение шаблонаШаблон – это реализация функции или класса для типов, которые

Задание шаблона для функции min()template Type Min(Type a, Type

Реализация шаблоновПри компиляции текста шаблона проводится лишь синтаксический анализ заголовка, программный

Ошибки компиляции при использовании шаблоновОшибки компиляции возможны при использовании недопустимых синтаксических

Ошибки компиляции при использовании шаблоновОшибки компиляции возможны при использовании недопустимых синтаксических

Ошибки компиляции при использовании шаблоновОшибки компиляции возможны при использовании недопустимых синтаксических

Явное и неявное указание параметров при конкретизации шаблоновcout << Min(2, 4)

Явное и неявное указание параметров при конкретизации шаблоновcout << Min(2, 4.7)

Специализация шаблонов (определение)В некоторых случаях имеется специальная информация о типе, позволяющая

Специализация шаблонов (часть 1)cout << Min("Serge", "Kashkevich");// неверный результат – Serge//

Специализация шаблонов (часть 2)cout << Min("Serge", "Kashkevich");// неверный результат – Serge//

Специализация шаблонов (ограничения)Специализация шаблона должна быть определена до конкретизации!template

Пример шаблона с параметрами-типами и параметрами-переменнымиФункция находит минимальный элемент в массиве,

Для чего нужны шаблоны классов?Наиболее очевидное использование - адаптивные объекты памяти

Описание очереди через шаблон#ifndef __LQueue_defined__#define __LQueue_defined__#include using namespace std;template

Реализация отдельных методов очередиtemplate void LQueue ::Erase() { while (Pop()); size

Особенности работы с типом const char * HelloKashkevichSergeworld!

Общий шаблон для метода Pop()template bool LQueue ::Pop() { if

Специализация метода Pop() для класса const char *template <> bool LQueue

Конструктор QItem и его специализация для класса const char *template

Особенности компоновки проекта при создании шаблона классовШаблоны компилируются только в момент

Особенности доступа к элементам очередиОператор [] возвращает ссылку на хранящийся в

Решение возникшей проблемызапрет выполнения оператора [] для класса const char *;Предоставление

Метод PtrByIndex()template void* LQueue ::PtrByIndex (unsigned k) const { if

Вызовы метода PtrByIndex() из открытых методовtemplate const InfoType& LQueue

Специализация метода SetByIndex()template <>void LQueue ::SetByIndex(const char *

Оператор typeid()Оператор typeid имеет две формы:typeid(выражение) typeid(тип)Он создаёт объект класса type_info

Использование typeid() вместо специализацииtemplate InfoType& LQueue ::operator [] (unsigned

Похожие презентации

Зачем нужны шаблоны?
Сильно типизированный язык , такой, как C++, создает препятствия

Решение проблемы: перегруженные функции
int Min(int a, int b ) {
return

Преимущества и недостатки этого подхода
Преимущество:
возможность реализовать особенности работы с определёнными

Решение проблемы: использование макросов
#define Min(a, b) ((a) < (b) ? (a)

Определение шаблона
Шаблон – это реализация функции или класса для типов, которые

Задание шаблона для функции min()
template
Type Min(Type a, Type

Реализация шаблонов
При компиляции текста шаблона проводится лишь синтаксический анализ заголовка, программный

Ошибки компиляции при использовании шаблонов
Ошибки компиляции возможны при использовании недопустимых синтаксических

Ошибки компиляции при использовании шаблонов
Ошибки компиляции возможны при использовании недопустимых синтаксических

Ошибки компиляции при использовании шаблонов
Ошибки компиляции возможны при использовании недопустимых синтаксических

Явное и неявное указание параметров при конкретизации шаблонов
cout << Min(2, 4)

Явное и неявное указание параметров при конкретизации шаблонов
cout << Min(2, 4.7)

Специализация шаблонов (определение)
В некоторых случаях имеется специальная информация о типе, позволяющая

Специализация шаблонов (часть 1)
cout << Min("Serge", "Kashkevich");
// неверный результат – Serge
//

Специализация шаблонов (часть 2)
cout << Min("Serge", "Kashkevich");
// неверный результат – Serge
//

Специализация шаблонов (ограничения)
Специализация шаблона должна быть определена до конкретизации!
template

Пример шаблона с параметрами-типами и параметрами-переменными
Функция находит минимальный элемент в массиве,

Для чего нужны шаблоны классов?
Наиболее очевидное использование - адаптивные объекты памяти

Описание очереди через шаблон
#ifndef __LQueue_defined
#define LQueue_defined__
#include
using namespace std;
template

Реализация отдельных методов очереди
template
void LQueue ::Erase() {
while (Pop());
size

Особенности работы с типом const char *
Hello
Kashkevich
Serge
world!

Общий шаблон для метода Pop()
template
bool LQueue ::Pop() {
if

Специализация метода Pop() для класса const char *
template <>
bool LQueue

Конструктор QItem и его специализация для класса const char *
template

Особенности компоновки проекта при создании шаблона классов
Шаблоны компилируются только в момент

Особенности доступа к элементам очереди
Оператор [] возвращает ссылку на хранящийся в

Решение возникшей проблемы
запрет выполнения оператора [] для класса const char *;
Предоставление

Метод PtrByIndex()
template
void* LQueue ::PtrByIndex (unsigned k) const {
if

Вызовы метода PtrByIndex() из открытых методов
template
const InfoType& LQueue

Специализация метода SetByIndex()
template <>
void LQueue ::
SetByIndex(const char *

Оператор typeid()
Оператор typeid имеет две формы:
typeid(выражение)
typeid(тип)
Он создаёт объект класса type_info

Использование typeid() вместо специализации
template
InfoType& LQueue ::operator [] (unsigned