Использование экземпляров шаблона

 

С экземплярами шаблона можно обращаться так же, как с любыми другими типами данных. Их можно передавать в функции как ссылки или как значения и возвращать как результат выполнения функции (тоже как ссылки или как значения). Способы передачи экземпляров шаблона показаны в листинге 19.5.

Листинг 19.5. Передача в функцию экземпляра шаблона

1: #include <iostream.h>

2:

3: const int DefaultSize = 10;

4:

5: // Обычный класс, из объектов которого будет состоять массив

6: class Animal

7: {

8: public:

9: // конструкторы

10: Animal(int);

11: Animal();

12: ~Animal();

13:

14: // методы доступа

15: int GetWeight() const { return itsWeight; }

16: void SetWeight(int theWeight) { itsWeight = theWeight; }

17:

18: // дружественные операторы

19: friend ostream& operator<< (ostream&, const Animal&);

20:

21: private:

22: int itsWeight;

23: };

24:

25: // оператор вывода объектов типа Animal

26: ostream& operator<<

27: (ostream& theStream, const Animal& theAnimal)

28: {

29: theStream << theAnimal.GetWeight();

30: return theStream;

31: }

32:

33: Animal::Animal(int weight):

34: itsWeight(weight)

35: {

36: // cout << "Animal(int)\n";

37: }

38:

39: Animal::Animal():

40: itsWeight(0)

41: {

42: // cout << "Animal()\n";

43: }

44:

45: Animal::~Animal()

46: {

47: // cout << "Destroyed an animal...\n";

48: }

49:

50: template <class T> // объявление шаблона и параметра

51: class Array // параметризованный класс

52: {

53: public:

54: Array(int itsSlze = DefaultSize);

55: Array(const Array &rhs);

56: ~Array() { delete [] pType; }

57:

56: Array& operator=(const Array&);

59: T& operator[](int offSet) { return pType[offSet]; }

60: const T& operator[](int offSet) const

61: { return pType[offSet]; }

62: int GetSize() const { return itsSize; }

63:

64: // функция-друг

65: friend ostream& operator<< (ostream&, const Array<T>&);

66:

67: private:

68: T *рТуре;

69: int itsSize;

70: };

71:

70: template <class T>

72: ostream& operator<< (ostream& output, const Array<T>& theArray)

73: {

74: for (int i = 0; i<theArray.GetSize(); i++)

75: output << "[" << i << "] " << theArray[i] << endl;

76: return output;

77: }

78:

79: // Ряд выполнений...

80:

81: // выполнение конструктора

82: template <class T>

83: Array<T>::Array(int size):

84: itsSize(size)

85: {

86: рТуре = new T[size];

67: for (int i = 0; i<size; i++)

88: pType[i] = 0;

89: }

90:

91: // конструктор-копировщик

92: template <class T>

93: Array<T>::Array(const Array &rhs)

94: {

95: itsSize = rhs.GetSize();

96: рТуре = new T[itsSize];

97: for (int i = 0; i<itsSize; i++)

98: pType[i] = rhs[i];

99: }

100:

101: void IntFillFunction(Array<int>& theArray);

102: void AnimalFillFunction(Array<Animal>& theArray);

103:

104: int main()

105: {

106: Array<int> intArray;

107: Array<Animal> animalArray;

108: IntFillFunction(intArray);

109: AnimalFillFunction(animalArray);

110: cout << "intArray...\n" << intArray;

111: cout << "\nanimalArray...\n" << aninalArray << endl;

112: return 0;

113: }

114:

115: void IntFillFunction(Array<int>& theArray)

116: {

117: bool Stop = false;

118: int offset, value;

119: while (!Stop)

120: {

121: cout << "Enter an offset (0-9) ";

122: cout << "and a value, (-1 to stop): ";

123: cin >> offset >> value;

124: if (offset < 0)

125: break;

126: if (offset > 9)

127: {

128: cout << "***Please use values between 0 and 9.***\n";

129: continue;

130: }

131: theArray[offset] = value;

132: }

133: }

134:

135:

136: void AnimalFillFunction(Array<Animal>& theArray)

137: {

138: Animal * pAnimal;

139: for (int i = 0; i<theArray,GetSize(); i++)

140: {

141: pAnimal = new Animal;

142: pAnimal->SetWeight(i*100);

143: theArray[i] = *pAnimal;

144: delete pAnimal; // копия была помещена в массив

145: }

146: }

 

Результат:

Enter an offset (0- 9) and а value. (-1 to stop) 1 10

Enter an offset (0- 9) and а value. (-1 to stop) 2 20

Enter an offset (0- 9) and а value. (-1 to stop) 3 30

Enter an offset (0- 9) and а value. (-1 to stop) 4 40

Enter an offset (0- 9) and а value. (-1 to stop) 5 50

Enter an offset (0- 9) and а value. (-1 to stop) 6 60

Enter an offset (0- 9) and а value. (-1 to stop) 7 70

Enter an offset (0- 9) and а value. (-1 to stop) 8 80

Enter an offset (0- 9) and а value. (-1 to stop) 9 90

Enter an offset (0-9) and а value. (-1 to stop) 10 10

***Please use values between 0 and 9.***

Enter an offset (0-9) and a value. (-1 to stop): -1 -1

intArray:... [0] 0 [1] 10 [2] 20

[3] 30

[4] 40

[5] 50

[6] 60

[7] 70

[8] 80

[9] 90

animalArray:...

[0] 0

[1] 100

[2] 200

[3] 300

[4] 400

[5] 500

[6] 600

[7] 700

[8] 800

[9] 900

 

Анализ: В целях экономии места большая часть выполнения класса Array не показана в этом листинге. Класс Animal объявляется в строках 6—23. И хотя структура этого класса предельно упрощена, тем не менее в нем содержится собственный оператор вывода (<<), позволяющий выводить на экран объекты массива типа Animal.

Обратите внимание, что в классе Animal объявлен конструктор по умолчанию (конструктор без параметров, который еще называют стандартный). Без этого объявления нельзя обойтись, поскольку при добавлении объекта в массив используется конструктор по умолчанию данного объекта. При этом возникают определенные трудности, о которых речь пойдет ниже.

В строке 101 объявляется функция IntFillFunction(), параметром которой является целочисленный массив. Обратите внимание, что эта функция не принадлежит шаблону, поэтому может принять только массив целочисленных значений. Аналогичным

образом в строке 102 объявляется функция AnimalFillFunction(), которая принимает массив объектов типа Animal.

Эти функции выполняются по-разному, поскольку заполнение массива целых чисел отличается от заполнения массива объектов Animal.

Специализированные функции

 

Если разблокировать выражения вывода на экран в конструкторах и деструкторе класса Animal (см. листинг 19.5), то обнаружится, что конструктор и деструктор объектов Animal вызываются значительно чаще, чем ожидалось.

При добавлении объекта в массив вызывается стандартный конструктор объекта. Однако конструктор класса Array также используется для присвоения нулевых значений каждому члену массива, как показано в строках 59 и 60 листинга 19.2.

В выражении someAnimal = (Animal) 0; вызывается стандартный оператор operator= для класса Animal. Это приводит к созданию временного объекта Animal с помощью конструктора, который принимает целое число (нуль). Этот временный объект выступает правым операндом в операции присваивания, после чего удаляется деструктором.

Такой подход крайне неэффективен, поскольку объект Animal уже инициализирован должным образом. Однако эту строку нельзя удалить, потому что при создании массива целочисленные значения не будут автоматически инициализироваться нулевыми значениями. Выход состоит в том, чтобы объявить в шаблоне дополнительный специализированный конструктор для создания массива объектов Animal.

Эта идея реализована в листинге 19.6 путем явного выполнения класса Animal.

Листинг 19.6. Специальные реализации шаблона

1: #include <iostream.h>

2:

3: const int DefaultSize = 3;

4:

5: // Обычный класс, из объектов которого создается массив

6: class Animal

7: {

8: public:

9: // конструкторы

10: Animal(int);

11: Animal();

12: ~Animal();

13:

14: // методы доступа

15: int GetWeight() const { return itsWeight; }

16: void SetWeight(int theWeight) { itsWeight = theWeight; }

17:

18: // дружественные операторы

19: friend ostream& operator<< (ostream&, const Animal&);

20:

21: private:

22: int itsWeight;

23: };

24:

25: // оператор вывода обьектов типа Animal

26: ostream& operator<<

27: (ostream& theStream, const Animal& theAnimal)

28: {

29: theStream << theAnimal.GetWeight();

30: return theStream;

31: }

32:

33: Animal::Animal(int weight):

34: itsWeight(weight)

35: {

36: cout << "animal(int) ";

37: }

38:

39: Animal::Animal():

40: itsWeight(0)

41: {

42: cout << "animal() ";

43: }

44:

45: Animal::~Animal()

46: {

47: cout << "Destroyed an animal...";

48: }

49:

50: template <class T> // обьявляем шаблон и параметр

51: class Array // параметризованный класс

52: {

53: public:

54: Array(int itsSize = DefaultSize);

55: Array(const Array &rhs);

56: ~Array() { delete [] pType; }

57:

58: // операторы

59: Array& operator=(const Array&);

60: T& operator[](int offSet) { return pType[offSet]; }

61: const T& operator[](int offSet) const

62: { return pType[offSet]; }

62:

63: // методы доступа

64: int GetSize() const { return itsSize; }

65:

66: // функция-друг

67: friend ostream& operator<< (ostream&, const Array<T>&);

68:

69: private:

70: T *pType;

71: int itsSize;

72: };

73:

74: template <class T>

75: Array<T>::Array(int size = DefaultSize):

76: itsSize(size)

77: {

78: pType = new T[size];

79: for (int i = 0; i<size; i++)

80: pType[i] = (T)0;

81: }

82:

83: template <class T>

84: Array<T>& Array<T>::operator=(const Array &rhs)

85: {

86: if (this == &rhs)

87: return *this;

88: delete [] pType;

89: itsSize = rhs.GetSize();

90: pType = new T[itsSize];

91: for (int i = 0; i<itsSize; i++)

92: pType[i] = rhs[i];

93: return *this;

94: }

95: template <class T>

96: Array<T>::Array(const Array &rhs)

97: {

98: itsSize = rhs.GetSize();

99: pType = new T[itsSize];

100: for (int i = 0; i<itsSize; i++)

101: pType[i] = rhs[i];

102: }

103:

104:

105: template <olass T>

106: ostream& operator<< (ostream& output, const Array<T>& theArray)

107: {

108: for (int i = 0; i<theArray.GetSize(); i++)

109; output << "[" << i << "] " << theArray[i] << endl;

110: return output;

111: }

112:

113:

114: Array<Animal>::Array(int AnimalArraySize):

115: itsSize(AnimalArraySize)

116: {

117: pType = new Animal[AnimalArraySize];

118: }

119:

120:

121: void IntFillFunction(Array<int>& theArray);

122: void AnimalFillFunction(Array<Animal>& theArray);

123:

124: int main()

125: {

126: Array<int> intArray;

127: Array<Animal> animalArray;

128: IntFillFunction(intArray);

129: AnimalFillFunction(animalArray);

130: cout << "intArray...\n" << intArray;

131: cout << "\nanimaiArray...\n" << animalArray << endl;

132: return 0;

133: }

134:

135: void IntFillFunction(Array<int>& theArray)

136: {

137: bool Stop = false;

138: int offset, value;

139: while (!Stop)

140: {

141: cout << "Enter an offset (0-9) and a value, ";

142: cout << "(-1 to stop): ";

143: cin >> offset >> value;

144: if (offset < 0)

145: break;

146: if (offset > 9)

147: {

148: cout << "***Please use values between 0 and 9.***\n";

149: continue;

150: }

151: theArray[offset] = value;

152: }

153: }

154:

155:

156: void AnimalFillFunction(Array<Animal>& theArr,

157: {

158: Animal * pAnimal;

159: for (int i = 0; i<theArray.GetSize(); i++)

160: {

161: pAnimal = new Animal(i*10);

162: theArray[i] = *pAnimal;

163: delete pAnimal;

164: }

165: }

 

Примечание: Для облегчения анализа в приведенные ниже результаты работы программы добавлены номера строк, но в действительности они не выводятся.

 

Результат:

1: animal() animal() animal() Enter an offset (0-9) and a value. (-1 to stop): 0 0

2: Enter an offset (0-9) and a value. (-1 to stop): 1 1

3: Enter an offset (0-9) and a value. (-1 to stop): 2 2

4: Enter an offset (0-9) and a value. (-1 to stop): 3 3

5: Enter an offset (0-9) and a value. (-1 to stop): -1 -1

6: animal(int) Destroyed an animal...animal(int) Destroyed an animal...animal(int) Destroyed an animal...initArray...

7: [0] 0

8: [1] 1

9: [2] 2

10:

11: animal array

12: [0] 0

13: [1] 10

14: [2] 20

15:

16: Destroyed an animal...Destroyed an animal...Destroyed an animal

17: <<< Second run >>>

18: animal(int) Destroyed an animal..

19: animal(int) Destroyed an animal..

20: animal(int) Destroyed an animal..

21: Enter an offset (0-9) and a value. (-1 to stop): 0 0

22: Enter an offset (0-9) and a value. (-1 to stop): 1 1

23: Enter an offset (0-9) and a value. (-1 to stop): 2 2

24: Enter an offset (0-9) and a value. (-1 to stop): 3 3

25: animal(int)

26: Destroyed an animal...

27: animal(int)

28: Destroyed an animal...

29: animal(int)

30: Destroyed an animal...

31: initArray...

32: [0] 0

33: [1] 1

34: [2] 2

35:

36: animal array

37: [0] 0

38: [1] 10

39: [2] 20

40:

41: Destroyed an animal...

42: Destroyed an animal...

43: Destroyed an animal...

 

Анализ: В листинге 19.6 оба класса воспроизведены во всей своей полноте, чтобы лучше наблюдать за созданием и удалением временных объектов Animal. Для упрощения результатов работы значение DefaultSize было уменьшено до 3.

Все конструкторы и деструкторы класса Animal (строки 33—48) выводят на экран сообщения, сигнализирующие об их вызове.

В строках 74-81 объявляется конструктор класса Array. В строках 114-118 показан специализированный конструктор Array для массива объектов типа Animal. Обратите внимание, что в этом специализированном конструкторе не делается никаких явных присвоений и исходные значения для каждого объекта Animal устанавливаются стандартным конструктором.

При первом выполнении этой программы на экран выводится ряд сообщений. В строке 1 результатов выполнения программы зафиксированы сообщения трех стандартных конструкторов, вызванных при создании массива. Затем пользователь вводит четыре числа, которые помещаются в массив целых чисел.

После этого управление передается функции AnimalFillFunction(). Здесь в области динамического обмена создается временный объект Animal (строка 161), а его значение используется для модификации объекта Animal в массиве (строка 162). В следующей же строке (с номером 163) временный объект Animal удаляется. Этот процесс повторяется для каждого члена массива и отражен в строке 6 результатов выполнения программы.

В конце программы созданные массивы удаляются, а при вызове их деструкторов также удаляются и все их объекты. Процесс удаления отражен в строке 16 результатов выполнения программы.

При следующем выполнении программы (результаты показаны в строках 18-43) были закомментированы несколько строк программного кода (со 114 по 118), содержащие специализированный конструктор класса Array. В результате при выполнении программы для создания массива объектов Animal вызывается конструктор шаблона, показанныйвстроках74-81.

Это приводит к созданию временных объектов Animal для каждого члена массива (строки программы 79 и 80), что отражается в строках 18-20 результатов выполнения программы.

Во всех остальных аспектах, результаты выполнения двух вариантов программы, как и следовало ожидать, идентичны.

 

Статические члены и шаблоны

 

В шаблоне можно объявлять статические переменные-члены. В результате каждый экземпляр шаблона будет иметь собственный набор статических данных. Например, если добавить статическую переменную-член в шаблон Array (например, для подсчета количества созданных массивов), то в рассмотренной выше программе будут созданы две статические переменные-члена: одна для подсчета массивов объектов типа Animal и другая для массивов целых чисел. Добавление статической переменной-члена и статической функции в шаблон Array показано в листинге 19.7.

Листинг 19.7. Использование статических переменных-членов и функций-членов с шаблонам

1: #include <iostream.h>

2:

3: const int DefaultSize = 3;

4:

5: // Обычный класс, из объектов которого создается массив

6: class Animal

7: {

8: public:

9: // конструкторы

10: Animal(int);

11: Animal();

12: ~Animal();

13:

14: // методы доступа

15: int GetWeight() const { return itsWeight: }

16: void SetWeight(int theWeight) { itsWeight = theWeight }

17:

18: // дружественные операторы

19: friend ostream& operator<< (ostream&, const Animal&);

20:

21: private:

22: int itsWeight;

23: };

24:

25: // оператор вывода обьектов типа Anlmal

26: ostream& operator<<

27: (ostream& theStream, const Animal& theAnimal)

28: {

29: theStream << theAnimal.GetWeight();

30: return theStream;

31: }

32:

33: Animal::Animal(int weight):

34: itsWeight(weight)

35: {

36: //cout << "animal(int) ";

37: }

38:

39: Animal::Animal():

40: itsWeight(0)

41: {

42: // cout << "animal() ";

43: }

44:

45: Animal::~Animal()

46: {

47: // cout << "Destroyed an animal...";

48: }

49:

50: template <class T> // объявляем шаблон и параметр

51: class Array // параметризованный класс

52: {

53: public:

54: // конструкторы

55: Array(int itsSize = DefaultSize);

56: Array(const Array &rhs);

57: ~Array() { delete [] рТуре; itsNumberArrays-; }

58:

59: // операторы

60: Array& operator=(const Array&);

61: T& operator[](int offSet) { return pType[offSet]; }

62: const T& operator[](int offSet) const

63: { return pType[offSet]; }

64: // аксессоры

65: int GetSize() const { return itsSize; }

66: static int GetNumberArrays() { return itsNumberArrays; }

67:

68: // функция-друг

69: friend ostream& operator<< (ostream&, const Array<T>&); 70:

71: private:

72: T *pType;

73: int itsSize;

74: static int itsNumberArrays;

75: };

76:

77: template <class T>

78: int Array<T>::itsNumberArrays = 0;

79:

80: template <class T>

81: Array<T>::Array(int size = DefaultSize):

82: itsSize(size)

83: {

84: pType = new T[size];

85: for (int i = 0; i<size; i++)

86: pType[i] = (T)0;

87: itsNumberArrays++;

88: }

89:

90: template <class T>

91: Array<T>& Array<T>::operator=(const Array &rhs)

92: {

93: if (this == &rhs)

94: return *this;

95: delete [] pType;

96: itsSize = rhs.GetSize();

97: pType = new T[itsSize];

98: for (int i = 0; i<itsSize; i++)

99: pType[i] = rhs[i];

100: }

101:

102: template <class T>

103: Array<T>::Array(const Array &rhs)

104: {

105: itsSize = rhs.GetSize();

106: pType = new T[itsSize];

107: for (int i = 0; i<itsSize; i++)

108: pType[i] = rhs[i];

109: itsNumberArrays++;

110: }

111:

112:

113: template <class T>

114: ostream& operator<< (ostream& output, const Array<T>& theArray)

115: {

116: for (int i = 0: i<theArray.GetSize(); i++)

117: output'<< "[" << i << "] " << theArray[i] << endl;

118: return output;

119: }

120:

121:

122:

123: int main()

124: {

125:

126: cout << Array<int>::GetNumberArrays() << " integer arrays\n";

127: cout << Array<Animal>::GetNumberArrays();

128: cout << " animal arrays\n\n";

129: Array<int> intArray;

130: Array<Animal> animalArray;

131:

132: cout << intArray.GetNumberArrays() << " integer arrays\n";

133: cout << animalArray.GetNumberArrays();

134: cout << " animal arrays\n\n";

135:

136: Array<int> *pIntArray = new Array<int>;

137:

138: cout << Array<int>::GetNumberArrays() << " integer arrays\n";

139: cout << Array<Animal>::GetNumberArrays();

140: cout << " animal arrays\n\n";

141:

142: delete pIntArray;

143:

144: cout << Array<int>::GetNumberArrays() << " integer arrays\n";

145: cout << Array<Animal>::GetNumberArrays();

146: cout << " animal arrays\n\n";

147: return 0;

148: }

 

Результат:

0 integer arrays

0 animal arrays

1 integer arrays

1 animal arrays

2 integer arrays

1 animal arrays

1 integer arrays

1 animal arrays

 

Анализ: Для экономии места в листинге опущено объявление класса Animal. В класс Array добавлена статическая переменная itsNumberArrays (в строке 74), а поскольку эта перемененная объявляется в разделе закрытых членов, в строке 66 добавлен открытый статический метод доступа GetNumberArrays().

Инициализация статической переменной-члена выполняется явно в строках 77 и 78. Конструкторы и деструктор класса Array изменены таким образом, чтобы могли отслеживать число массивов, существующих в любой момент времени.

Доступ к статической переменной, заданной в шаблоне, можно получить так же, как и при работе со статическими переменными-членами обычного класса: с помощью метода доступа, вызванного для объекта класса, как показано в строках 132 и 133, или явным обращением к переменной класса, как показано в строках 126 и 127. Обратите внимание, что при обращении к статической переменной-члену необходимо указать тип массива, так как для каждого типа будет создана своя статическая переменная-член.

 

Рекомендуется: Используйте статические члены в шаблонах. Специализируйте выполнение шаблона путем замещения функций шаблона для разных типов. Указывайте параметр типа при вызове статических функций шаблона, чтобы получить доступ к функции требуемого типа.