Функции-шаблоны

Глава 9. Шаблоны и библиотека STL

Используя шаблоны, можно создавать функции-шаблоны и классы-шаблоны. Для функции-шаб­лона или класса-шаблона тип данных, которыми оперирует функция или класс, является пара­метром. Таким образом, можно использовать одну функцию или класс для нескольких различ­ных типов данных без необходимости явного написания кода для каждой версии в отдельности.

Функция-шаблон определяет общий набор операций, который будет применен к данным различ­ных типов. Используя этот механизм, можно применять некоторые общие алгоритмы к широко­му кругу данных. Как известно, многие алгоритмы логически одинаковы вне зависимости от типа данных, с которыми они оперируют. Например, алгоритм быстрой сортировки quicksort один и тот же и для массива целых чисел, и для массива чисел с плавающей запятой. Отличается только тип данных, подлежащих сортировке. При помощи создания функции-шаблона (generic function) можно определить сущность алгоритма безотносительно к типу данных. После этого компилятор автоматически генерирует корректный код для того типа данных, для которого создается данная конкретная реализация функции на этапе компиляции. По существу, когда создается функция-шаблон, создается функция, которая может автоматически перегружать сама себя.

Функции-шаблоны создаются с использованием ключевого слова template (шаблон). Обычное значение слова «шаблон» достаточно полно отражает его использование в C++. Шаблон исполь­зуется для создания каркаса функции, оставляя компилятору реализацию подробностей. Общая форма функции-шаблона имеет следующий вид:

template<class тип1, class тип2, ...> возвращаемый_тип имя_функции(список параметров)

{

// тело функции

}

Здесь тип1, тип2, и т.д.являются параметрами-типами и представляют типы дан­ных, которые используются функцией. Эти параметры-типы могут быть использованы в определении функции. Во время создания конкретной версии функции компилятор автоматически заменяет эти параметры на фактические типы данных.

Ниже приведен короткий пример, в котором создается функция-шаблон, имеющая два пара­метра. Эта функция меняет между собой величины значений этих параметров. Поскольку общий процесс обмена значениями между двумя переменными не зависит от их типа, то он естествен­ным способом может быть реализован с помощью функции-шаблона.

#include <iostream.h>

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

{

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

}

int main()

{

int i=10, j=20;

float x=10.1, y=23.3;

char a='x', b='z';

cout << "Original i, j: " << i << “ “ << j << endl;

cout << "Original x, y: " << x << “ “ << у << endl;

cout << "Original a, b: " << a << “ “ << b << endl;

swap(i, j); // обмен целых

swap(x, y) ; // обмен вещественных значений

swap(a, b) ; // обмен символов

cout << "Swapped i, j: " << i << “ “ << j <<endl;

cout << "Swapped x, y: " << x << “ “ << у << endl;

cout << "Swapped a, b: " << a << “ “ << b << endl;

return 0;

}

Рассмотрим эту программу более внимательно. Строка

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

указывает компилятору, что создается шаблон. Здесь X — имя параметра-типа. Далее следует объявление функции swap() с использованием типа данных X для тех параметров, которые будут обмениваться значениями. В функции main() функция swap() вы­зывается с передачей ей данных трех различных типов: целых чисел, чисел с плавающей запятой и символов. Поскольку функция swap() является функцией-шаблоном, то компилятор автоматичес­ки создаст три разные версии функции swap() — одну для работы с целыми числами, другую для работы с числами с плавающей запятой и, наконец, третью для работы с переменными символь­ного типа.