Шаблоны классов

Шаблон — это предписание для создания класса, в котором один или несколько типов либо значений параметризованы.

Предположим, что нам нужно определить класс, поддерживающий механизм очереди. Очередь – это структура данных для хранения коллекции объектов; они помещаются в конец очереди, а извлекаются из ее начала. Поведение очереди описывают аббревиатурой FIFO — «первым пришел, первым ушел».

Тогда объявление класса Queue будет выглядеть примерно так:

class Queue {public: Queue(); ~Queue(); Type& remove(); void add(const Type &); bool is_empty(); bool is_full();private: //...};

Вопрос в том, какой тип использовать вместо Type? Предположим, что мы решили реализовать класс Queue, заменив Type на int. Тогда Queue может управлять коллекциями объектов типа int. Если бы понадобилось поместить в очередь объект другого типа, то его пришлось бы преобразовать в тип int, если же это невозможно, компилятор выдаст сообщение об ошибке.

Конечно, эту проблему можно решить, создав копию класса Queue для работы с типом double, затем для работы с комплексными числами, затем со строками и т.д. А поскольку имена классов перегружать нельзя, каждой реализации придется дать уникальное имя: IntQueue, DoubleQueue, ComplexQueue, StringQueue. При необходимости работать с другим классом придется снова копировать, модифицировать и переименовывать.

Механизм шаблонов C++ позволяет автоматически генерировать такие типы. Шаблон класса можно использовать при создании Queue для очереди объектов любого типа. Определение шаблона этого класса могло бы выглядеть следующим образом:

template <class Type>class Queue {public: Queue(); ~Queue(); Type& remove(); void add(const Type &); bool is_empty(); bool is_full();private: //...};

Чтобы создать классы Queue, способные хранить целые числа, комплексные числа и строки, программисту достаточно написать:

Queue<int> qi;Queue<complex> qc;Queue<string> qs;

Пример: Реализация шаблона класса CStack — стек на основе динамического массива.

// Файл CStack.h#ifndef _CStack_H#define _CStack_H #include <iostream.h>#include <stdlib.h> template <class Type>class CStack {private: Type *data; //Массив для хранения стека int top; //Индекс вершины стека int size; //Макс. размер стекаpublic: CStack(int); //Конструктор – передается максимальное количество элементов ~CStack() {free(data);} void push(Type); //Добавление эл-та int pop(Type &); //Выталкивание эл-та. Возвращает 0, если стек пуст int isempty() {return!top;} void print(); //Вывод содержимого стека}; template <class Type>CStack<Type>::CStack(int sz){ data=(Type*) calloc(sz, sizeof(Type)); top=0; size=sz;} template <class Type>void CStack<Type>::push(Type Item){ if (top==size) { //Если массив заполнен - расширить size+=8; data=(Type*)realloc(data, size*sizeof(Type)); } data[top++]=Item;} template <class Type>int CStack<Type>::pop(Type &Item){ if (!isempty()) { Item=data[--top]; return 1; } else return 0;} template <class Type>void CStack<Type>::print(){ for (int i=top-1; i>=0; i--) cout << data[i] << ' '; cout << endl;} #endif //Тестирующая программа#include <stdio.h>#include <math.h>#include "CStack.h"int main(int argc, char* argv[]){ printf("Int\n"); CStack <int> ti(2); for (int i=0; i<4; i++) ti.push(i); ti.print(); int k; for (int i=0; i<7; i++) if (ti.pop(k)) printf("%d\n",k); else printf("Empty\n"); printf("Double\n"); CStack <double> td(2); for (int i=10; i<14; i++) td.push(sqrt((double)i)); td.print(); double f; for (int i=0; i<7; i++) if (td.pop(f)) printf("%lf\n",f); else printf("Empty\n"); getchar(); return 0;}

Результаты работы программы: