СОЗДАНИЕ ПРОСТОГО ШАБЛОНА ФУНКЦИИ

⇐ ПредыдущаяСтр 21 из 26Следующая ⇒

Шаблон функции определяет типонезависимую функцию. С помощью такого шаблона ваши программы в дальнейшем могут определить конкретные функции с требуемыми типами. Например, ниже определен шаблон для функции с именем тах, которая возвращает большее из двух значений:

template< class Т> Т mах(Т а, Т b)

{
if (а > b) return(а);
else return(b);
}

Буква T данном случае представляет собой общий тип шаблона. После определения шаблона внутри вашей программы вы объявляете прототипы функций для каждого требуемого вам типа. В случае шаблона тах следующие прототипы создают функции типа float и int.

float max(float, float);
int max(int, int);

Когда компилятор C++ встретит эти прототипы, то при построении функции он заменит тип шаблона T указанным вами типом. В случае с типом float функция тах после замены примет следующий вид:

template< class Т> Т max(Т а, Т b)

{
if (a > b) return(а);
else return(b);
}

float max(float a, float b)

{
if (a > b) return(a);
else return(b);
}

Следующая программа МАХ_ТЕМР.СРР использует шаблон тах для создания функции типа int и float.

#include < iostream.h>

template< class T> Т mах(Т а, Т b)

{
if (a > b) return(a);
else return(b);
}

float max(float, float);

int max(int, int);

void main(void)

{
cout < < «Максимум 100 и 200 равен » < < max(100, 200) < < endl;
cout < < «Максимум 5.4321 и 1.2345 равен » < < max(5.4321, 1.2345) < < endl;
}

В процессе компиляции компилятор C++ автоматически создает операторы для построения одной функции, работающей с типом int, и второй функции, работающей с типом float. Поскольку компилятор C++ управляет операторами, соответствующими функциям, которые вы создаете с помощью шаблонов, он позволяет вам использовать одинаковые имена для функций, которые возвращают значения разных типов. Вы не смогли бы это сделать, используя только перегрузкуфункций, как обсуждалось в уроке 13.

Использование шаблонов функций

По мере того как ваши программы становятся более сложными, возможны ситуации, когда вам потребуются подобные функции, выполняющие одни и те же операции, но с разными типами данных. Шаблон функции позволяет вашим программам определять общую, или типонезависимую, функцию. Когда программе требуется использовать функцию для определенного типа, например int или float, она указывает прототип функции, который использует имя шаблона функции и типы возвращаемого значения и параметров. В процессе компиляции C++ создаст соответствующую функцию. Создавая шаблоны, вы уменьшаете количество функций, которые должны кодировать самостоятельно, а ваши программы могут использовать одно и то же имя для функций, выполняющих определенную операцию, независимо от возвращаемого функцией значения и типов параметров.

ШАБЛОНЫ, КОТОРЫЕ ИСПОЛЬЗУЮТ НЕСКОЛЬКО ТИПОВ

Предыдущее определение шаблона для функции max использовало единственный общий тип Т. Очень часто в шаблоне функции требуется указать несколько типов. Например, следующие операторы создают шаблон для функции show_array, которая выводит элементы массива. Шаблон использует тип Т для определения типа массива и тип Т1 для указания типа параметра count:

template< class T, class T1> void show_array(T *array, T1 count)

{
T1 index;
for (index =0; index < count; index++) cout < < array[index] < < ‘ ‘;
cout < < endl;
}

Как и ранее, программа должна указать прототипы функций для требуемых типов:

void show_array(int *, int);
void show_array(float *, unsigned);

Следующая программа SHOW_TEM.CPP использует шаблон для создания функций, которые выводят массивы типа int и типа float.

#include < iostream.h>

template< class T, class T1> void show_array( T *array, T1 count)

{
T1 index;
for (index =0; index < count; index++) cout < < array[index] “ ‘ ‘;
cout < < endl;
}

void show_array(int *, int);

void show_array(float *, unsigned);

void main(void)

{
int pages[] = { 100, 200, 300, 400, 500 };
float pricesH = { 10.05, 20.10, 30.15 };
show_array(pages, 5);
show_array(prices, 3);
}

Шаблоны и несколько типов

По мере того как шаблоны функций становятся более сложными, они могут обеспечить поддержку нескольких типов. Например, ваша программа может создать шаблон для функции с именем array_sort, которая сортирует элементы массива. В данном случае функция может использовать два параметра: первый, соответствующий массиву, и второй, соответствующий количеству элементов массива. Если программа предполагает, что массив никогда не будет содержать более 32767 значений она может использовать тип int для параметра размера массива. Однако более универсальный шаблон мог бы предоставить программе возможность указать свой собственный тип этого параметра, как показано ниже:

template< class Т, class T1> void array_sort(T array[], T1 elements)

{
// операторы
}

С помощью шаблона array_sort программа может создать функции которые сортируют маленькие массивы типа float (менее 128 элементов) и очень большие массивы типа int, используя следующие прототипы:

void array_sort(float, char);
void array_sort(int, long);

ЧТО ВАМ НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ

Как вы уже знаете, использование шаблонов функций уменьшает объем программирования, позволяя компилятору C++ генерировать операторы для функций, которые отличаются только типами возвращаемых значений и параметров. Из урока 30 вы узнаете, как использовать шаблоны для создания типонезависимых, или общих, классов. До изучения урока 30 убедитесь, что вы освоили следующие основные концепции:

1. Шаблоны функций позволяют вам объявлять типонезависимые, или общие, функции.

2. Когда вашей программе требуется использовать функцию с определенными типами данных, она должна указать прототип функции, который определяет требуемые типы.

3. Когда компилятор C++ встретит такой прототип функции, он создаст операторы, соответствующие этой функции, подставляя требуемые типы.

4. Ваши программы должны создавать шаблоны для общих функций, которые работают с отличающимися типами. Другими словами, если вы используете с какой-либо функцией только один тип, нет необходимости применять шаблон.

5. Если функция требует несколько типов, шаблон просто назначает каждому типу уникальный идентификатор, например Т, T1 и Т2. Позже в процессе компиляции компилятор C++ корректно назначит типы, указанные вами в прототипе функции.

Из урока 29 вы узнали, как в C++ использовать шаблоны функций для создания общих, или типонезависимых, функций. Определяя шаблоны функций вы заставляете компилятор C++ создавать в случае необходимости функции, которые отличаются типом возвращаемого значения или типами параметров. Если возникает необходимость создавать подобные функции, отличающиеся только используемыми типами, то может возникнуть необходимость и создания общих классов. А если так, то ваши программы могут определять шаблоны классов. В этом уроке рассмотрены действия вашей программы, необходимые для объявления и дальнейшего использования шаблонов классов. К концу данного урока вы освоите следующие основные концепции:

Используя ключевое слово template и символы типов (например, Т, T1 и Т2) ваши программы могут создать шаблон класса — определение шаблона класса может использовать эти символы для объявления элементов данных, указания типов параметров и возвращаемого значения функций-элементов и т.д.
Для создания объектов класса с использованием шаблонов ваши программы просто ссылаются на имя класса, за которым внутри угловых скобок следуют типы (например, < int, float> ), каждому из которых компилятор назначает символы типов и имя переменной.
Если у класса есть конструктор, с помощью которого вы инициализируете элементы данных, вы можете вызвать этот конструктор при создании объекта с использованием шаблона, например class_name< int, float> values(200);.
Если компилятор C++ встречает объявление объекта, он создает класс из шаблона, используя соответствующие типы.

Как и в случае с шаблонами функций, шаблоны классов на первый взгляд могут показаться достаточно сложными, однако если вы хоть раз создали и использовали пару шаблонов классов, то обнаружили, что дело это вполне простое.

СОЗДАНИЕ ШАБЛОНА КЛАССА

Предположим, к примеру, вы создаете класс массива, в котором есть методы для вычисления суммы и среднего значения хранимых в массиве чисел. Предположим, что вы работаете с массивом типа int, и ваш класс мог бы выглядеть так:

class array

{
public:
array(int size);
long sum(void);
int average_value(void);
void show_array(void);
int add_value(int);
private:
int *data;
int size;
int index;
};

Следующая программа I_ARRAY.CPP использует класс array ддя работы со значениями типа int.

#include < iostream.h>

#include < stdlib.h>

class array

{
public:
array(int size);
long sum(void);
int average_value(void);
void show_array(void);
int add_value(int);
private:
int *data;
int size;
int index;
};

array:: array(int size)

{
data = new int [size];
if (data == NULL)

{
cerr < < «Недостаточно памяти – программа завершается » < < endl;
exit(l);
}

array:: size = size;
array:: index = 0;
}

long array:: sum(void)

{
long sum = 0;
for (int i = 0; i < index; i++) sum += data;
return(sum);
}

int array:: average_value(void)

{
long sum = 0;
for (int i = 0; i < index; i++) sum += data;
return (sum / index);
}

void array:: show_array(void)

{
for (int i = 0; i < index; i++) cout < < data < < ‘ ‘;
cout < < endl;
}

int array:: add_value(int value)

{
if (index == size) return(-1); // массив полон
else

{
data[index] = value;
index++;
return(0); // успешно
}
}

void main(void)

{
array numbers (100); // массив из 100 эл-тов
int i;
for (i = 0; i < 50; i++) numbers.add_value(i);
numbers.show_array();
cout < < «Сумма чисел равна » < < numbers.sum () < < endl;
cout < < «Среднее значение равно » < < numbers.average_value() < < endl;
}

Как видите, программа распределяет 100 элементов массива, а затем заносит в массив 50 значений с помощью метода add_value. В классе array переменная index отслеживает количество элементов, хранимых в данный момент в массиве. Если пользователь пытается добавить больше элементов, чем может вместить массив, функция add_value возвращает ошибку. Как видите, функция average_value использует переменную index для определения среднего значения массива. Программа запрашивает память для массива, используя оператор new, который подробно рассматривается в уроке 31.

Шаблоны классов

По мере того как количество создаваемых вами классов растет, вы обнаруживаете, что некоторый класс, созданный для одной программы (или, возможно, для этой), очень похож на требующийся вам сейчас. Во многих случаях классы могут отличаться только типами. Другими словами, один класс работает с целочисленными значениями, в то время как требующийся вам сейчас должен работать со значениями типа. float. Чтобы увеличить вероятность повторного использования существующего кода, C++ позволяет вашим программам определять шаблоны классов. Если сформулировать кратко, то шаблон класса определяет типонезависимый класс, который в дальнейшем служит для создания объектов требуемых типов. Если компилятор C++ встречает объявление объекта, основанное на шаблоне класса, то для построения класса требуемого типа он будет использовать типы, указанные при объявлении. Позволяя быстро создавать классы, отличающиеся только типом, шаблоны классов сокращают объем программирования, что, в свою очередь, экономит ваше время.

Пойдем дальше. Теперь предположим, что вашей программе необходимо работать с массивом значений с плавающей точкой, кроме того, что она работает с целочисленным массивом. Один из способов обеспечить поддержку массивов различных типов состоит в создании разных классов. С другой стороны, используя шаблоны классов, вы можете избавиться от необходимости дублировать классы. Ниже представлен шаблон класса, который создает общий класс array:

template< class T, class T1> class array

{
public:
array(int size);
T1 sum (void);
T average_value(void);
void show_array(void);
int add_value(T);
private:
T *data;
int size;
int index;
};

Этот шаблон определяет символы типов T и T1. В случае массива целочисленных значений Т будет соответствовать int, а T1 — long. Аналогичным образом для массива значений с плавающей точкой значения Т и Т1 равны float. Теперь потратьте время, чтобы убедиться, что вы поняли, как компилятор С++ будет подставлять указанные вами типы вместо символов Т и Т1.

Далее, перед каждой функцией класса вы должны указать такую же запись со словом template. Кроме того, сразу же после имени класса вы должны указать типы класса, например array < T, T1>:: average_value. Следующий оператор иллюстрирует определение функции average_value для этого класса:

template< class Т, class T1> Т array< T, T1>:: average_value(void)

{
T1 sum = 0;
int i;
for (i = 0; i < index; i++) sum += data;
return (sum / index);
}

После создания шаблона вы можете создавать класс требуемого типа, указывая имя класса, а за ним в угловых скобках необходимые типы, как показано ниже:

Имя шаблона //—-> array < int, long> numbers (100); < ——//Типы шаблона
array < float, float> values(200);

Программа GENARRAY.CPP использует шаблон класса array для создания двух классов, один из которых работает со значениями типа int, а второй — со значениями типа float.

#include < iostream.h>

#include < stdlib.h>

template< class T, class T1> class array

{
public:
array(int size);
T1 sum(void);
T average_value(void);
void show_array(void);
int add_value(T);
private:
T *data;
int size;
int index;
};

template< class T, class T1> array< T, t1>:: array(int size)

{
data = new T[size];
if (data == NULL)

{
cerr < < «Недостаточно памяти – программа завершается» < < endl;
exit(l);
}

array:: size = size;
array:: index = 0;
}

template< class T, class T1> Tl array< T, Tl>:: sum(void)

{
T1 sum = 0;
for (int i = 0; i < index; i++) sum += data;
return(sum);
}

template< class T, class T1> T array< T, T1>:: average_value(void)

{
Tl sum =0;
for (int i = 0; i < index; i++) sum += data;
return (sum / index);
}

template< class T, class T1> void array< T, T1>:: show_array(void)

{
for (int i = 0; i < index; i++) cout < < data < < ‘ ‘;
cout < < endl;
}

template< class T, class T1> int array< T, T1>:: add_value(T value)

{
if (index == size)
return(-1); // Массив полон
else

{
data[index] = value;
index++;
return(0); // Успешно
}
}

void main(void)

{
// Массив из 100 элементов
array< int, long> numbers(100)7
// Массив из 200 элементов
array< float, float> values(200);
int i;
for (i = 0; i < 50; i++) numbers.add_value(i);
numbers.show_array();
cout < < «Сумма чисел равна » < < numbers.sum () < < endl;
cout < < «Среднее значение равно » < < numbers.average_value() < < endl;
for (i = 0; i < 100; i++) values.add_value(i * 100);
values.show_array();
cout < < «Сумма чисел равна.» < < values.sum() < < endl;
cout < < «Среднее значение равно » < < values.average_value() < < endl;
}

Лучшим способом понять шаблоны классов будет напечатать две копии этой программы. В первой копии замените все символы T и Т1 на int и long. A во второй замените Т и Т1 на float.

Объявление объектов, основанных на шаблоне класса

Для создания объектов с использованием шаблона класса вы просто должны указать имя шаблона класса, за которым между левой и правой угловыми скобками укажите типы, которыми компилятор заменит символы Т, T1, T2 и т. д. Затем ваша программа должна указать имя объекта (переменной) со значениями параметров, которые вы хотите передать конструктору класса, как показано ниже:

template_class_name< typel, type2> object_name( parameter1, parameter2);

Когда компилятор C++ встречает такое объявление, он создает класс, основанный на указанных типах. Например, следующий оператор использует шаблон класса array для создания массива типа char, в котором хранится 100 элементов:

array< char, int> small_numbers(100);

ЧТО ВАМ НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ

Из этого урока вы узнали, что шаблоны классов помогут вам избавиться от дублирования кода программы, если вам необходимы объекты похожих классов, которые отличаются только типом. Поскольку шаблоны классов могут быть сложными, они могут вас смутить. Когда вы определяете ваш класс, начните с определения, как будто бы вы создаете класс для конкретного типа. После того как вы полностью опишете класс, определите какие элементы необходимо изменить, чтобы работать с объектами различных типов. Теперь замените типы этих элементов такими символами, как, например, Т, Т1, Т2 и т.д.

1. Программы, представленные в данном уроке, использовали оператор C++ new для динамического (во время выполнения программы) распределения памяти для массива. В уроке 31 вы подробно ознакомитесь с оператором new. Прежде чем перейти к уроку 31, убедитесь, что вы изучили следующее:

2. Шаблоны классов позволяют избавиться от дублирования кода для таких классов, чьи объекты отличаются только типом их элементов.

3. Для создания шаблона класса предварите определение класса ключевым словом template и символами типов, например Т и T1.

4. Далее вы должны предварить определение каждой функции класса таким же оператором с ключевым словом template. Кроме того, укажите типы шаблона между левой и правой угловыми скобками, а выражение в угловых скобках поместите между именем класса и оператором разрешения области видимости, например class_name< T, T1>:: function_name.

5. Для создания класса с использованием шаблона укажите имя класса и замещающие значения для типов между левой и правой угловыми скобками, например class_name< int, long> object.

Как вы уже знаете, если ваша программа объявляет массив, компилятор C++ распределяет память для хранения его элементов. Однако представляется возможным, что до некоторого времени размер массива может быть не так велик, чтобы вместить все необходимые данные. Например, предположим, что вы создали массив для хранения 100 акций. Если позже вам потребуется хранить более 100 акций, вы должны изменить свою программу и перекомпилировать ее. С другой стороны, вместо распределения массива фиксированного размера ваши программы могут запрашивать необходимое количество памяти динамически, т.е. во время выполнения. Например, если программе необходимо следить за акциями, она могла бы запросить память, достаточную для хранения 100 акций. Аналогично, если программе необходимы только 25 акций, она могла бы запросить меньше памяти. Распределяя подобным образом память динамически, ваши программы непрерывно изменяют свои потребности без дополнительного программирования. Если ваши программы запрашивают память во время выполнения, они указывают требуемое количество памяти, а C++ возвращает указатель на эту память. C++ распределяет память из областей памяти, которые называютсясвободной памятью. В этом уроке рассматриваются действия, которые должна выполнить ваша программа для динамического распределения, а впоследствии освобождения памяти во время выполнения. К концу данного урока вы освоите следующие основные концепции:

Чтобы запросить память во время выполнения, ваши программы должны использовать оператор C++ new.
При использовании оператора new программы указывают количество требуемой памяти. Если оператор new может успешно выделить требуемый объем памяти, он возвращает указатель на начало области выделенной памяти.
Если оператор new не может удовлетворить запрос на память вашей программы (возможно, свободной памяти уже не осталось), он возвращает указатель NULL.
Чтобы позже освободить память, распределенную с помощью оператора new, ваши программы должны использовать оператор C++ delete.

Динамическое распределение памяти во время выполнения является чрезвычайно полезной возможностью. Экспериментируйте с программами, представленными в данном уроке. И вы поймете, что динамическое распределение памяти реально выполняется очень просто.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОПЕРАТОРА new

Оператор C++ new позволяет вашим программам распределять память во время выполнения. Для использования оператора new вам необходимо указать количество байтов памяти, которое требуется программе. Предположим, например, что вашей программе необходим 50-байтный массив. Используя оператор new, вы можете заказать эту память, как показано ниже:

char *buffer = new char[50];

Говоря кратко, если оператор new успешно выделяет память, он возвращает указатель на начало области этой памяти. В данном случае, поскольку программа распределяет память для хранения массива символов, она присваивает возвращаемый указатель переменной, определенной как указатель на тип char. Если оператор new не может выделить запрашиваемый вами объем памяти, он возвратит NULL-указатель, который содержит значение 0. Каждый раз, когда ваши программы динамически распределяют память с использованием оператора new, они должны проверять возвращаемое оператором newзначение, чтобы определить, не равно ли оно NULL.

Зачем необходимо динамически распределять память с использованием new

Многие программы интенсивно используют массивы для хранения множества значений определенного типа. При проектировании своих программ программисты обычно пытаются объявить массивы с размерами, достаточными для удовлетворения будущих потребностей программы. К сожалению, если случится так, что потребности программы когда-нибудь превысят подобные ожидания программиста, то кому-то придется редактировать и перекомпилировать такую программу.

Вместо редактирования и перекомпилирования программ, которые просто запрашивают память с запасом, вам следует создавать свои программы таким образом, чтобы они распределяли требуемую им память динамически во время выполнения, используя оператор new. В этом случае ваши программы могут адаптировать использование памяти в соответствии с вашими изменившимися потребностями, избавляя вас от необходимости редактировать и перекомпилировать программу.

Например, следующая программа USE_NEW.CPP использует операторnew для получения указателя на 100-байтный массив:

#include < iostream.h>

void main(void)

{
char *pointer = new char[100];
if (pointer! = NULL) cout < < «Память успешно выделена» < < endl;
else cout < < «Ошибка выделения памяти» < < endl;
}

Как видите, программа сразу проверяет значение, присвоенное оператором new переменной-указателю. Если указатель содержит значение NULL, значит new не смог выделить запрашиваемый объем памяти. Если же указатель содержит не NULL, следовательно, new успешно выделил память и указатель содержит адрес начала блока памяти.

Если new не может удовлетворить запрос на память, он возвратит NULL

При использовании оператора new для выделения памяти может случиться так, что ваш запрос не может быть удовлетворен, поскольку нет достаточного объема свободной памяти. Если оператор new не способен выделить требуемую память, он присваивает указателю значение NULL. Проверяя значение указателя, как показано в предыдущей программе, вы можете определить, был ли удовлетворен запрос на память. Например, следующий оператор использует new для распределения памяти под массив из 500 значений с плавающей точкой:

float *array = new float[100];

Чтобы определить, выделил ли оператор new память, ваша программа должна сравнить значение указателя с NULL, как показано ниже:

if (array! = NULL) cout < < «Память выделена успешно» < < endl;
else cout < < «new не может выделить память»< < endl;

Предыдущая программа использовала оператор new для выделения 100 байт памяти. Поскольку эта программа «жестко закодирована» на объем требуемой памяти, возможно, вам потребуется ее редактировать и перекомпилировать, если возникнет необходимость, чтобы программа выделила меньше или больше памяти. Как уже кратко обсуждалось, одна из причин для динамического распределения памяти состоит в том, чтобы избавиться от необходимости редактировать и перекомпилировать программу при изменении требований к объему памяти. Следующая программа ASK_MEM.CPP запрашивает у пользователя количество байт памяти, которое необходимо выделить, и затем распределяет память, используя оператор new:

#include < iostream.h>

void main(void)

{
int size;
char *pointer;
cout < < «Введите размер массива, до 30000: «;
cin > > size;
if (size < = 30000)

{
pointer = new char[size];
if (pointer! = NULL) cout < < «Память выделена успешно» < < endl;
else cout < < «Невозможно выделить память» < < endl;
}
}

Когда ваши программы используют оператор new для динамического распределения памяти, то вполне вероятно, что они сами знают, сколько памяти необходимо выделить. Например, если программа распределяет память для хранения информации о служащих, она, возможно, сохранила количество служащих в файле. Следовательно, при запуске она может прочитать количество служащих из файла, а затем выделить соответствующее количество памяти.

Следующая программа NOMEMORY.CPP выделяет каждый раз память для 10000 символов до тех пор, пока оператор new не сможет больше выделить память из свободной памяти. Другими словами, эта программа удерживает выделенную память, пока не использует всю доступную свободную память. Если программа успешно выделяет память, она извещает об этом сообщением. Если память больше не может быть выделена, программа выводит сообщение об ошибке и завершается:

#include < iostream.h>

void main(void)

{
char * pointer;
do

{
pointer = new char[10000];
if (pointer! = NULL) cout < < «Выделено 10000 байт» < < endl;
else cout < < «Больше нет памяти» < < endl;
} while (pointer 1= NULL);
}

Замечание: Если выработаете в среде MS-DOS, то, возможно, будете удивлены тем, что свободная память исчерпается после того, как программа выделит 64 Кбайт, Большинство работающих в MS-DOS компиляторов C++ по умолчанию используют малую модель памяти, которая обеспечивает только 64 К6aйm свободной памяти. Аналогично, если вы используете среду MS-DOS, то наибольшая область памяти, к которой могут обратиться ваши программы, может быть ограничена 64Кбайт.

О свободной памяти

Каждый раз при запуске вашей программы компилятор C++ устанавливает отдельную область неиспользуемой памяти, которая называется свободной памятью. Используя оператор new, ваша программа может выделить память из этой свободной памяти во время выполнения. Используя свободную память для распределения требуемой памяти, ваши программы не стеснены фиксированными размерами массивов. Размер свободной памяти может изменяться в зависимости от вашей операционной системы и модели памяти компилятора. Если увеличивается количество динамической памяти, требуемой вашими программами, вам необходимо убедиться, что вас не сдерживают ограничения свободной памяти вашей системы.

⇐ Предыдущая 16 17 18 19 202122 23 24 25 Следующая ⇒