Template class t c что это

Шаблоны классов в С++

Мы уже ранее рассматривали в С++ такой инструмент, как шаблоны, когда создавали шаблоны функций. Почему стоит пользоваться шаблонами, было написано в статье, с шаблонами функций. Там мы рассмотрели основные положения шаблонов в С++. Давайте их вспомним.

Любой шаблон начинается со слова template , будь то шаблон функции или шаблон класса. После ключевого слова template идут угловые скобки — < > , в которых перечисляется список параметров шаблона. Каждому параметру должно предшествовать зарезервированное слово class или typename . Отсутствие этих ключевых слов будет расцениваться компилятором как синтаксическая ошибка. Некоторые примеры объявления шаблонов:

Ключевое слово typename говорит о том, что в шаблоне будет использоваться встроенный тип данных, такой как: int , double , float , char и т. д. А ключевое слово class сообщает компилятору, что в шаблоне функции в качестве параметра будут использоваться пользовательские типы данных, то есть классы. Но не в коем случае не путайте параметр шаблона и шаблон класса. Если нам надо создать шаблон класса, с одним параметром типа int и char , шаблон класса будет выглядеть так:

где T — это параметр шаблона класса, который может принимать любой из встроенных типов данных, то, что нам и нужно.

А если параметр шаблона класса должен пользовательского типа, например типа Array , где Array — это класс, описывающий массив, шаблон класса будет иметь следующий вид:

C этим вам лучше разобраться изначально, чтобы потом не возникало никаких ошибок, даже, если шаблон класса написан правильно.

Давайте создадим шаблон класса Стек, где стек — структура данных, в которой хранятся однотипные элементы данных. В стек можно помещать и извлекать данные. Добавляемый элемент в стек, помещается в вершину стека. Удаляются элементы стека, начиная с его вершины. В шаблоне класса Stack необходимо создать основные методы:

• Push — добавить элемент в стек;
• Pop — удалить элемент из стека
• printStack — вывод стека на экран;

Итак реализуем эти три метода, в итоге получим самый простой класс, реализующий работу структуры стек. Не забываем про конструкторы и деструкторы. Смотрим код ниже.

Как видите шаблон класса Stack объявлен и определен в файле с main -функцией. Конечно же такой способ утилизации шаблонов никуда не годится, но для примера сойдет. В строках 7 — 20 объявлен интерфейс шаблона класса. Объявление класса выполняется привычным для нас образом, а перед классом находится объявление шаблона, в строке 7. При объявлении шаблона класса, всегда используйте такой синтаксис.

Строки 47 — 100 содержат элемент-функции шаблона класса Stack, причем перед каждой функцией необходимо объявлять шаблон, точно такой же, как и перед классом — template <typename T> . То есть получается, элемент-функции шаблона класса, объявляются точно также, как и обычные шаблоны функций. Если бы мы описали реализацию методов внутри класса, то заголовок шаблона — template <typename T> для каждой функции прописывать не надо.

Чтобы привязать каждую элемент-функцию к шаблону класса, как обычно используем бинарную операцию разрешения области действия — :: с именем шаблона класса — Stack<T> . Что мы и сделали в строках 49, 58, 68, 83, 96.

Обратите внимание на объявление объекта myStack шаблона класса Stack в функции main , строка 24. В угловых скобочка необходимо явно указывать используемый тип данных, в шаблонах функций этого делать не нужно было. Далее в main запускаются некоторые функции, которые демонстрируют работу шаблона класса Stack . Результат работы программы смотрим ниже.

C++. Понятие шаблона класса. Ключевое слово template. Преимущества использования шаблонов. Примеры объявления и использования шаблонов классов. Аргументы в шаблонах

Понятие шаблона класса. Ключевое слово template . Преимущества использования шаблонов. Примеры объявления и использования шаблонов классов. Аргументы в шаблонах

Содержание

Поиск на других ресурсах:

1. Что называется шаблоном класса? Что такое шаблон класса?

Часто, при разработке классов для разных типов данных, программисту приходится писать программный код для каждого типа в отдельности. Методы и операции над данными разных типов могут содержать один и тот же повторяемый код. Во избежание повторяемости написания кода для разных типов данных, в языке C++ используются так называемые шаблоны (templates).

Шаблон класса позволяет оперировать данными разных типов в общем. То есть, нет привязки к некоторому конкретному типу данных ( int , float , …). Вся работа выполняется над некоторым обобщенным типом данных, например типом с именем T .

Фактически, объявление шаблона класса есть только описанием. Создание реального класса с заданным типом данных осуществляется компилятором в момент компиляции, когда объявляется объект класса.

2. Какая общая форма объявления шаблона класса и объекта шаблонного класса, которые не содержат аргументов? Ключевое слово template

В простейшем случае общая форма объявления шаблона класса без аргументов имеет следующий вид:

• T – обобщенное имя типа, который используется методами класса;
• ClassName – имя класса, который содержит методы оперирования обобщенным типом класса.

Общая форма объявления объекта шаблонного класса имеет следующий вид:

• ClassName – имя шаблонного класса;
• type – конкретный тип данных в программе;
• objName – имя объекта (экземпляра) класса.

Ключевое слово class может быть заменено на слово typename . В этом случае общая форма объявления шаблонного класса может быть следующей:

В данном случае нет разницы между использованием слов class и typename .

3. Какие преимущества дает использование шаблонов классов?

Объявление шаблона класса дает следующие преимущества:

• избежание повторяемости написания программного кода для разных типов данных. Программный код (методы, функции) пишется для некоторого обобщенного типа T . Название обобщенного типа можно давать любое, например TTT ;
• уменьшение текстовой части программного кода, и, как следствие, повышение читабельности программ;
• обеспечение удобного механизма передачи аргументов в шаблон класса с целью их обработки методами класса.

4. Пример объявления шаблона класса, который содержит методы обработки числа, тип которого может быть целым или вещественным

Пусть нужно объявить шаблон класса, который будет обрабатывать некоторое число. Число может быть любого типа, который позволяет выполнять над ним арифметические операции.

В примере объявляется шаблон класса, содержащий методы, которые выполняют следующие операции над некоторым числом:

• умножение числа на 2;
• деление одного числа на другое. Для целых типов выполняется деление нацело;
• возведение числа в квадрат (степень 2).

Объявление шаблона имеет вид

Использование шаблона класса MyNumber в другом программном коде

5. Общая форма объявления шаблона класса, принимающего аргументы

Бывают случаи, когда в шаблоне класса нужно использовать некоторые аргументы. Эти аргументы могут использоваться методами, которые описываются в шаблоне класса.

Общая форма шаблона класса, содержащего аргументы, следующая:

• T – некоторый обобщенный тип данных;
• type1, type2, …, typeN – конкретные типы аргументов с именами var1 , var2 , …, varN ;
• var1 , var2, …, varN – имена аргументов, которые используются в шаблоне класса.

Общая форма объявления объекта шаблонного класса, содержащего один аргумент:

• ClassName – имя шаблонного класса;
• type – конкретный тип данных, для которого формируется реальный класс;
• arg – значение аргумента, которое используется в шаблоне класса;
• objName – имя объекта шаблонного класса.

6. Пример использования шаблона класса, принимающего два аргумента

В примере реализуется шаблон класса CMyArray , который содержит методы обработки массива чисел. Тип элементов массива может быть вещественным или целым.

Шаблон класса получает два целых числа:

• count – число элементов массива. Используется при инициализации класса с помощью конструктора с 1 параметром;
• num – число, служащее для проведения операций над массивом.

Эти числа используются в методах для выполнения операций над массивом. Шаблон класса содержит следующие данные и методы:

• количество элементов массива n ;
• массив элементов (чисел) A заданной размерности (10);
• метод Power() , реализующий возведение элементов массива A в степень num . Значение num есть входным параметром (аргументом);
• метод CalcNum() , реализующий подсчет числа элементов, которые больше заданного параметра num .

Текст шаблона класса следующий:

Использование шаблона в некотором другом программном коде (функции, методе)

Name already in use

msu_cpp_lectures / 05.templates.md

• Go to file T
• Go to line L
• Copy path
• Copy permalink

• Open with Desktop
• View raw
• Copy raw contents Copy raw contents

Copy raw contents

Copy raw contents

Компилятор может самостоятельно вывести тип шаблона в зависимости от аргументов вызова.

class или typename

Инстанцирование шаблона – это генерация кода функции или класса по шаблону для конкретных параметров.

Явное указание типа

Константы как аргументы шаблона

Ограничения на параметры шаблона не являющиеся типами

А double нельзя:

float тоже нельзя.

Причины исторические, почему не исправлено до сих пор не знаю.

Параметры шаблона должны быть известны на этапе компиляции.

Константы на литералы можно:

А с обычной константой нельзя:

Но если вычислять значение во время компиляции, то можно:

constexpr говорит компилятору, что надо стараться вычислить значение на этапе компиляции

Нельзя использовать объекты класса:

Можно указатель на const char:

И это даже можно инстанцировать nullptr или 0:

Но нельзя литералом:

Параметры шаблона по умолчанию

Суммирование последовательности от n, до 0:

Необдуманное использование шаблонов может привести к разбуханию кода, кода становится много, он перестает помещаться в кеш, что ведет к существенным издержкам.

Еще реализация суммирования

Вычисления времени компиляции

1. Сложно для понимания и поддержки
2. Замедляет компиляцию

Вероятно лучшей альтернативой будет скрипт делающий вычисления и генерирующий С++ код из констант с рассчитаными значениями.

Новый (рекомендуемый) способ:

Псевдонимы типов для шаблонов:

Новый синтаксис функций

Позволяет статически определить тип по типу выражения.

range-based for и auto

Позволяет статически определить тип по типу выражения.

Определение типа аргументов шаблона функций

Если компилятор встречая идентификатор в шаблоне, может его трактовать как тип или что-то иное (например, как статическую переменную), то он выбирает иное.

Ошибка инстанцирования шаблона

SFINAE (Substitution Failure Is Not An Error)

При определении перегрузок функции ошибочные инстанциации шаблонов не вызывают ошибку компиляции, а отбрасываются из списка кандидатов на наиболее подходящую перегрузку.

Неудачное инстанцирование шаблона — это не ошибка.

Например, позволяет на этапе компиляции выбрать нужную функцию:

Можно получить на этапе компиляции информацию о типе, например, проверим есть ли у класса некий метод:

Нам нужно будет 2 функции: одна принимает класс с нужным нам методом, другая принимает все остальное:

По возвращаемому функцией типу мы поймем, какая из перегрузок была использована, если тип совпадет, то это то, что нам нужно.

Проверка совпадения типов:

В стандартной библиотеки функции определения свойств типов is_* находятся в заголовочном файле type_traits

Шаблоны свойств (traits)

Смотрите заголовочный файл numeric_limits

Не только значения, но и типы:

Класс стратегий — интерфейс для применения стратегий в алгоритме.

Отличия между свойствами и стратегиями

Свойство — отличительная особенность характеризующая сущность.

Стратегия — образ действия сущности.

Сравнение динамического и статического полиморфизма

1. Динамический полиморфизм более гибок и позволяет настраивать поведение во время выполнения, но имеет накладные расходы на вызов виртуальных методов
2. Статический полиморфизм не имеет накладных расходов, но менее гибок

Шаблоны с произвольным количеством аргументов (variadic templates)

Простой сериализатор поддерживающий два типа: uint64_t и bool.

Сериализовать в текстовый вид с разделением пробелом, bool сериализуется как true и false

Подсказки по реализации

Deserializer реализуется аналогично Serializer, только принимает std::istream, а не std::ostream

Пример десериализации bool:

Footer

© 2023 GitHub, Inc.

You can’t perform that action at this time.

You signed in with another tab or window. Reload to refresh your session. You signed out in another tab or window. Reload to refresh your session.

Урок №175. Шаблоны классов

На предыдущих уроках мы узнали, как с помощью шаблонов функций сделать одну версию функции, которая будет работать с разными типами данных. Хотя это значительный шаг на пути к обобщенному программированию, это не решает всех наших проблем. Рассмотрим пример такой проблемы и то, как шаблоны могут нам помочь в её решении.

Шаблоны и контейнерные классы

На уроке о контейнерных классах мы узнали то, как, используя композицию, реализовать классы, содержащие несколько объектов определенного типа данных. В качестве примера мы использовали класс ArrayInt:

Хотя этот класс обеспечивает простой способ создания массива целочисленных значений, но что, если нам нужно будет работать со значениями типа double? Используя традиционные методы программирования мы создали бы новый класс ArrayDouble для работы со значениями типа double:

Хотя кода много, но классы почти идентичны, меняется только тип данных! Как вы уже могли бы догадаться, это идеальный случай для использования шаблонов. Создание шаблона класса аналогично созданию шаблона функции. Например, создадим шаблон класса Array:

Как вы можете видеть, эта версия почти идентична версии ArrayInt, за исключением того, что мы добавили объявление параметра шаблона класса и изменили тип данных c int на T .

Обратите внимание, мы определили функцию getLength() вне тела класса. Это необязательно, но новички обычно спотыкаются на этом из-за синтаксиса. Каждый метод шаблона класса, объявленный вне тела класса, нуждается в собственном объявлении шаблона. Также обратите внимание, что имя шаблона класса — Array<T> , а не Array (Array будет указывать на не шаблонную версию класса Array).

Вот пример использования шаблона класса Array:

9 9.5
8 8.5
7 7.5
6 6.5
5 5.5
4 4.5
3 3.5
2 2.5
1 1.5
0 0.5

Шаблоны классов работают точно так же, как и шаблоны функций: компилятор копирует шаблон класса, заменяя типы параметров шаблона класса на фактические (передаваемые) типы данных, а затем компилирует эту копию. Если у вас есть шаблон класса, но вы его не используете, то компилятор не будет его даже компилировать.

Шаблоны классов идеально подходят для реализации контейнерных классов, так как очень часто таким классам приходится работать с разными типами данных, а шаблоны позволяют это организовать в минимальном количестве кода. Хотя синтаксис несколько уродлив, и сообщения об ошибках иногда могут быть «объемными», шаблоны классов действительно являются одной из лучших и наиболее полезных конструкций языка C++.

Шаблоны классов в Стандартной библиотеке С++

Теперь вы уже поняли, чем на самом деле является std::vector<int>? Правильно, std::vector — это шаблон класса, а int — это всего лишь передаваемый тип данных! Стандартная библиотека С++ полна предопределенных шаблонов классов, доступных для вашего использования.

Шаблоны классов и Заголовочные файлы

Шаблон не является ни классом, ни функцией — это трафарет, используемый для создания классов или функций. Таким образом, шаблоны работают не так, как обычные функции или классы. В большинстве случаев это не является проблемой, но на практике случаются разные ситуации.

Работая с обычными классами мы помещаем определение класса в заголовочный файл, а определения методов этого класса в отдельный файл .cpp с аналогичным именем. Таким образом, фактическое определение класса компилируется как отдельный файл внутри проекта. Однако с шаблонами всё происходит несколько иначе (о том, почему следует помещать определение методов класса в отдельный файл, читайте в материалах урока №122). Рассмотрим следующее:

Вышеприведенная программа скомпилируется, но вызовет следующую ошибку линкера:

unresolved external symbol «public: int __thiscall Array::getLength(void)» (?GetLength@?$Array@H@@QAEHXZ)

Почему так? Сейчас разберемся.

Для использования шаблона компилятор должен видеть как определение шаблона (а не только объявление), так и тип шаблона, применяемый для создания экземпляра шаблона. Помним, что язык C++ компилирует файлы по отдельности. Когда заголовочный файл Array.h подключается в main.cpp, то определение шаблона класса копируется в этот файл. В main.cpp компилятор видит, что нам нужны два экземпляра шаблона класса: Array<int> и Array<double> , он создаст их, а затем скомпилирует весь этот код как часть файла main.cpp. Однако, когда дело дойдет до компиляции Array.cpp (отдельным файлом), компилятор забудет, что мы использовали Array<int> и Array<double> в main.cpp и не создаст экземпляр шаблона функции getLength(), который нам нужен для выполнения программы. Мы получим ошибку линкера, так как компилятор не сможет найти определение Array<int>::getLength() или Array<double>::getLength() .

Эту проблему можно решить несколькими способами.

Самый простой вариант — поместить код из Array.cpp в Array.h ниже класса. Таким образом, когда мы будем подключать Array.h, весь код шаблона класса (полное объявление и определение как класса, так и его методов) будет находиться в одном месте. Плюс этого способа — простота. Минус — если шаблон класса используется во многих местах, то мы получим много локальных копий шаблона класса, что увеличит время компиляции и линкинга файлов (линкер должен будет удалить дублирование определений класса и методов, дабы исполняемый файл не был «слишком раздутым»). Рекомендуется использовать это решение до тех пор, пока время компиляции или линкинга не является проблемой.

Если вы считаете, что размещение кода из Array.cpp в Array.h сделает Array.h слишком большим/беспорядочным, то альтернативой будет переименование Array.cpp в Array.inl (.inl от англ. «inline» = «встроенный»), а затем подключение Array.inl из нижней части файла Array.h. Это даст тот же результат, что и размещение всего кода в заголовочном файле, но таким образом код получится немного чище.

Есть еще решение — подключение файлов .cpp, но этот вариант не рекомендуется использовать из-за нестандартного применения директивы #include.

Еще один альтернативный вариант — использовать подход трех файлов:

Определение шаблона класса хранится в заголовочном файле.

Определения методов шаблона класса хранятся в отдельном файле .cpp.

Затем добавляем третий файл, который содержит все необходимые нам экземпляры шаблона класса.