Параметризация определений функций позволяет сократить трудоемкость программирования и повысить лаконичность текста.
Механизм шаблонов – средство построения обобщенных определений функций, независимых от используемых типов данных. Их использование избавляет от необходимости дублировать код функции для различных типов данных, составляющих их параметры и возвращаемые результаты. Это позволяет снять достаточно жесткие ограничения, накладываемые механизмом взаимосвязи между формальными параметрами и фактическими аргументами при вызове функции.
Компилятор по заданному в качестве аргумента конкретному типу данных на основе определения шаблона автоматически порождает соответствующие экземпляры или «представители» функций.
Рассмотрим необходимость создания шаблона функции на конкретном примере.
Пусть нужно написать код для определения максимального из пар значений х и у для разных типов значений для этой пары: например, целочисленные данные и пара вещественных данных.
Существуют следующие варианты решения данной задачи.
1. Для ускорения работы программы воспользоваться перегрузкой функций:
int Max(int x, int y) {
return (x>y) ? x : y;
}
double Max(double x, double y) {
return(x>y)? x : y;
}
. . .
int i, j, k;
k = Max(i, j); // Первая функция
double a, b, d;
d = Max(a, b); // Вторая функция
. . .
Идентификаторы функций и их код дублируются, различие только в типах параметров и возвращаемого результата.
2. Вторая возможность – воспользоваться макросом:
#define Max(x, y) ((x>y) ? x : y )
В этом случае недостатки:
– снижается надежность, т.к. при использовании макросов не работает проверка типов аргументов;
– данная подстановка будет выполнена во всех местах, где встретится Max;
– в данной ситуации лучше воспользоваться механизмом шаблонов, основанном на параметризации. Данная параметризация осуществляется при помощи обобщенного определения этой функции шаблоном (template), в котором тип параметров определяют символическим идентификатором (например буквой).
Компилятор, проанализировав передаваемые в функцию аргументы, а именно – их типы, сгенерирует код нужной функции, заменив символическое имя типа параметров на конкретный тип.
Формат шаблона функции:
templateсписок параметров шаблона
декларация функции;
Набор параметризуемых типов определяется списком параметров шаблона. Каждый тип определяется ключевым словом class и локальным в рамках функции идентификатором типа. Список параметров не может быть пустым, а его элементы разделяются запятыми.
Элемент декларация функции – обычное определение (или описание – прототип) функции. В списке ее параметров необходимо упомянуть хотя бы один раз типы параметров из списка шаблона.
Примеры отношений между параметрами шаблона и функции:
1. Шаблон может иметь единственный параметр:
template <class T>
void f1(T par) {
код функции f1
}
При этом символ типа T можно использовать и для спецификации возвращаемого значения, а также для любых других объектов в коде функции. Обязательный пункт – использование T в списке параметров функции выполнен.
Функция может иметь любые типы параметров как параметризованные, так и стандартно декларированные.
2. Шаблон функции с частично параметризованными параметрами:
template <class T>
void f2(T par, int x, int y) {
код функции f2
}
3. Шаблон может иметь несколько параметризованных параметров с разными символическими идентификаторами:
template <class T2, class T1>
void f3(T1 par1, T2 par2) {
код функции f3
}
Порядок следования ID параметров в заголовке функции может отличаться от их декларации в шаблоне.
Использование шаблона функций не требует специальных действий от программиста, т.к. компилятор автоматически формирует требуемый операцией вызова экземпляр кода по набору типов аргументов, которые передаются в функцию. То есть шаблон функции не является ее экземпляром. Только при обращении к функции с аргументами конкретного типа происходит генерация конкретной функции.
Пример нахождения максимума для разных типов аргументов:
#include <iostream.h>
template <class T>
T max(T x, T y) {
return(x>y)? x : y;
}
void main()
{
int i = 2, j = 3;
double x = 1.5, y = 2.5;
cout <<” I = ”<<i<<” J = ”<<j<< “ Max = ”<<max(i, j)<<endl;
cout <<” X = ”<<x<<” Y = ”<<y<<” Max = ”<<max(x,y)<<endl;
}
Результат выполнения программы:
i = 2 j = 3 Max = 3
X = 1.5 y = 2.5 Max = 2.5
Таким образом, шаблон функции избавил копирование ее определения для различных типов данных.
