Теоретические сведения

Достаточно часто встречаются классы, объекты которых должны содержать элементы данных произвольного типа (в том смысле, что их тип определяется отдельно для каждого конкретного объекта). В качестве примера можно привести любую структуру данных (массив указателей, массив, список, дерево). Для этого в С++ предлагаются средства, позволяющие определить некоторое множество идентичных классов с параметризованным типом внутренних элементов. Они представляют собой особого вида заготовку класса, в которой в виде параметра задан тип (класс) входящих в него внутренних элементов данных. При создании конкретного объекта необходимо дополнительно указать и конкретный тип внутренних элементов в качестве фактического параметра. Создание объекта сопровождается созданием соответствующего конкретного класса для типа, заданного в виде параметра. Принятый в С++ способ определения множества классов с параметризованным внутренним типом данных (иначе, макроопределение) называется шаблоном (template).

Синтаксис шаблона рассмотрим на примере шаблона класса векторов, содержащих динамический массив указателей на переменные заданного типа.

// <class T> - параметр шаблона - класс "T", внутренний тип данных
// vector - имя группы шаблонных классов
template <class T> class vector
{
int tsize; // Общее количество элементов
int csize; // Текущее количество элементов
T **obj; // Массив указателей на парам. объекты типа "T"
public:
T *operator[](int); // оператор [int] возвращает указатель на
// параметризованный объект класса "T"
void insert(T*); // включение указателя на объект типа "T"
int index(T*);
};

Данный шаблон может использоваться для порождения объектов-векторов, каждый из которых хранит объекты определенного типа. Имя класса при этом составляется из имени шаблона "vector" и имени типа данных (класса), который подставляется вместо параметра "Т":

vector<int> a;
vector<double> b;
extern class time;
vector<time> c;

Заметим, что транслятором при определении каждого вектора с новым типом объектов генерируется описание нового класса по заданному шаблону (естественно, неявно в процессе трансляции). Например, для типа int транслятор получит:

class vector<int>
{
int tsize;
int csize;
int **obj;
public:
int *operator[](int);
void insert(int*);
int index(int*);
};

Далее следует очевидное утверждение, что функции- методы шаблона также должны быть параметризированы, то есть генерироваться для каждого нового типа данных. Действительно, это так: функции-методы шаблона классов в свою очередь также являются шаблонными функциями с тем же самым параметром. То же самое касается переопределяемых операторов:

// параметр шаблона - класс "T", внутренний тип данных
// имя функции-элемента или оператора - параметризировано
//
template <class T> T* vector<T>::operator[](int n)
{
if (n >=tsize) return(NULL);
return (obj[n]);
}
template <class T> int vector<T>::index(T *pobj)
{
int n;
for (n=0; n<tsize; n++)
if (pobj == obj[n]) return(n);
return(-1);
}

Заметим, что транслятором при определении каждого вектора с новым типом объектов генерируется набор методов- функций по заданным шаблонам (естественно, неявно в процессе трансляции). При этом сами шаблонные функции должны размещаться в том же заголовочном файле, где размещается определение шаблона самого класса. Для типа int сгенерированные транслятором функции-методы будут выглядеть так:

int* vector<int>::operator[](int n)
{
if (n >=tsize) return(NULL);
return (obj[n]);
}
int vector<int>::index(int *pobj)
{
int n;
for (n=0; n<tsize; n++)
if (pobj == obj[n]) return(n);
return(-1);
}