На этом шаге мы рассмотрим определение и использование шаблонов функций.
Цель введения шаблонов функций - автоматизация создания функций, которые могут обрабатывать разнотипные данные. В отличие от механизма перегрузки, когда для каждой сигнатуры определяется своя функция, шаблон семейства функций определяется один раз, но это определение параметризуется. Параметризовать в шаблоне функций можно тип возвращаемого функцией значения и типы любых параметров, количество и порядок размещения которых должны быть фиксированы. Для параметризации используется список параметров шаблона.
В определении шаблона семейства функций используется служебное слово template. Для параметризации используется список формальных параметров шаблона, который заключается в угловые скобки <>. Каждый формальный параметр шаблона обозначается служебным словом class, за которым следует имя параметра (идентификатор). Пример определения шаблона функций, вычисляющих абсолютные значения числовых величин разных типов:
template <class type>
type abs(type x) { return x > 0 ? x : -x; }
Шаблон семейства функций состоит из двух частей - заголовка шаблона:
template <список_параметров_шаблона>
и из обыкновенного определения функции, в котором тип возвращаемого значения и типы любых параметров обозначаются именами параметров шаблона, введенных в его заголовке. Те же имена параметров шаблона могут использоваться и в теле определения функции для обозначения типов локальных объектов.
В качестве еще одного примера рассмотрим шаблон семейства функций для обмена значений двух передаваемых им параметров.
template <class T>
void swap (Т* х, Т* у)
{
Т z = *х;
*х = *у;
*у = z;
}
Здесь параметр T шаблона функций используется не только в заголовке для спецификации формальных параметров, но и в теле определения функций, где он задает тип вспомогательной переменной z.
Шаблон семейства функций служит для автоматического формирования конкретных определений функций по тем вызовам, которые транслятор обнаруживает в тексте программы. Например, если программист употребляет обращение аbs (-10.3), то на основе приведенного выше шаблона компилятор сформирует такое определение функции:
double abs(double x) { return x > 0 ? х : -х; }
Далее будет организовано выполнение именно этой функции и в точку вызова в качестве результата вернется числовое значение 10.3.
Если в программе присутствует приведенный выше шаблон семейства функций swap() и появится последовательность операторов:
long k = 4, d = 8;
swap (&k, &d) ;
то компилятор сформирует определение функции:
void swap(long* x, long* y)
{
long z = *x;
*x = *y;
*y = z;
}
Затем будет выполнено обращение именно к этой функции и значения переменных k, d поменяются местами.
Если в той же программе присутствуют операторы:
double а = 2.44, b = 66.3;
swap (&a, &b);
то сформируется и выполнится функция:
void swap (double* x, double* у)
{
double z = *x;
*x = *y;
*y = z ;
}
Проиллюстрируем сказанное о шаблонах на более конкретном примере. Рассмотрим следующую программу, в которой вспомним некоторые возможности функций, возвращающих значение типа "ссылка". Но тип ссылки будет определяться параметром шаблона:
//OOР35_1.СРР - шаблон функций для поиска в массиве. #include <iostream.h> // Функция определяет ссылку на элемент с максимальным значением: template <class type> type& rmax(int n, type d[]) { int im = 0; for (int i=1; i < n; i++) im = d[im] > d[i] ? im : i; return d[im]; } void main() { int n = 4; int x[] = { 10, 20, 30, 14 }; // Аргумент - целочисленный массив: cout << "\nrmax(n,x) = " << rmax(n,x); rmax(n,x) = 0; // Обращение с целочисленным массивом. for (int i = 0; i < n; i++) cout << "\tx[" << i << "] = " << x[i]; float arx[] = { 10.3, 20.4, 10.5 }; // Аргумент - массив float: cout << "\nrmax(3,arx)=" << rmax(3,arx); rmax(3,arx) = 0; // Обращение с массивом типа float. for (i = 0; i < 3; i++) cout << "\tarx[" << i << "] = " << arx[i]; }
Результат выполнения программы:
rmax(n,x) = 30 x[0] = 10 x[l] = 20 x[2] = 0 x[3] = 14 rmax(3,arx) = 20.4 arx[0] = 10.3 arx[l] = 0 arx[2] = 10.5
В программе используются два разных обращения к функции rmax(). В одном случае параметр - целочисленный массив и возвращаемое значение - ссылка типа int. Во втором случае фактический параметр - имя массива типа float и возвращаемое значение имеет тип ссылки на float.
По существу механизм шаблонов функций позволяет автоматизировать подготовку определений перегруженных функций. При использовании шаблонов уже нет необходимости готовить заранее все варианты функций с перегруженным именем. Компилятор автоматически, анализируя вызовы функций в тексте программы, формирует необходимые определения именно для таких типов параметров, которые использованы в обращениях. Дальнейшая обработка выполняется так же, как и для перегруженных функций.
Можно считать, что параметры шаблона функций являются его формальными параметрами, а типы тех параметров, которые используются в конкретных обращениях к функции, служат фактическими параметрами шаблона. Именно по ним выполняется параметрическая настройка и с учетом этих типов генерируется конкретный текст определения функции. Однако, говоря о шаблоне семейства функций, обычно употребляют термин "список параметров шаблона", не добавляя определения "формальных".
На следующем шаге мы закончим рассматривать шаблоны функций.
