Специализации шаблонов классов A

Прежде чем приступать к рассмотрению специализаций шаблонов классов и причин, по которым в них может возникнуть надобность, добавим в шаблон Queue функции-члены min() и max(). Они будут обходить все элементы очереди и искать среди них соответственно минимальное и максимальное значения (правильнее, конечно, использовать для этой цели обобщенные алгоритмы min() и max(), представленные в главе 12, но мы определим эти функции как члены шаблона Queue, чтобы познакомиться со специализациями.)

template < class Type> class Queue { //... public: Type min(); Type max(); //... };   // найти минимальное значение в очереди Queue template < class Type> Type Queue< Type>:: min() { assert(! is_empty() ); Type min_val = front-> item; for ( QueueItem *pq = front-> next; pq! = 0; pq = pq-> next ) if ( pq-> item < min_val )     min_val = pq-> item; return min_val; } // найти максимальное значение в очереди Queue template < class Type> Type Queue< Type>:: max() { assert(! is_empty() ); Type max_val = front-> item; for ( QueueItem *pq = front-> next; pq! = 0; pq = pq-> next ) if ( pq-> item > max_val )     max_val = pq-> item; return max_val;

}

Следующая инструкция в функции-члене min() сравнивает два элемента очереди Queue:

pq-> item < min_val

Здесь неявно присутствует требование к типам, которыми может конкретизироваться шаблон класса Queue: такой тип должен либо иметь возможность пользоваться предопределенным оператором “меньше” для встроенных типов, либо быть классом, в котором определен оператор operator< (). Если же этого оператора нет, то попытка применить min() к очереди приведет к ошибке компиляции в том месте, где вызывается несуществующий оператор сравнения. (Аналогичная проблема существует и в max(), только касается оператора operator> ()).

Предположим, что шаблон класса Queue нужно конкретизировать таким типом:

class LongSouble { public: LongDouble( double dbval ): value( dval ) { } bool compareLess( const LongDouble & ); private: double value;

};

Но в этом классе нет оператора operator< (), позволяющего сравнивать два значения типа LongDouble, поэтому использовать для очереди типа Queue< LongDouble> функции-члены min() и max() нельзя. Одним из решений этой проблемы может стать определение глобальных operator< () и operator> (), в которых для сравнения значений типа Queue< LongDouble> используется функция-член compareLess. Эти глобальные операторы вызывались бы из min() и max() автоматически при сравнении объектов из очереди.

Однако мы рассмотрим другое решение, связанное со специализацией шаблонов класса: вместо общих определений функций-членов min() и max() при конкретизации шаблона Queue типом LongDouble мы определим специальные экземпляры Queue< LongDouble>:: min() и Queue< LongDouble>:: max(), основанные на функции-члене compareLess() класса LongDouble.

Это можно сделать, если воспользоваться явным определением специализации, где после ключевого слова template идет пара угловых скобок < >, а за ней – определение специализации члена класса. В приведенном примере для функций-членов min() и max() класса Queue< LongDouble>, конкретизированного из шаблона, определены явные специализации:

// определения явных специализаций template< > LongDouble Queue< LongDouble>:: min() { assert(! is_empty() ); LongDouble min_val = front-> item; for ( QueueItem *pq = front-> next; pq! = 0; pq = pq-> next ) if ( pq-> item.compareLess( min_val ) )     min_val = pq-> item; return min_val; }   template< > LongDouble Queue< LongDouble>:: max() { assert(! is_empty() ); LongDouble max_val = front-> item; for ( QueueItem *pq = front-> next; pq! = 0; pq = pq-> next ) if ( max_val.compareLess( pq-> item ) )     max_val = pq-> item; return max_val;

}

Хотя тип класса Queue< LongDouble> конкретизируется по шаблону, в каждом объекте этого типа используются специализированные функции-члены min() и max() – не те, что конкретизируются по обобщенным определениям этих функций в шаблоне класса Queue.

Поскольку определения явных специализаций min() и max() – это определения невстроенных функций, помещать их в заголовочный файл нельзя: они обязаны находится в файле с текстом программы. Однако явную специализацию функции можно объявить, не определяя. Например:

// объявления явных специализаций функций-членов template < > LongDouble Queue< LongDouble>:: min();

template < > LongDouble Queue< LongDouble>:: max();

Поместив эти объявления в заголовочный файл, а соответствующие определения – в исходный, мы можем организовать код так же, как и для определений функций-членов обычного класса.

Иногда определение всего шаблона оказывается непригодным для конкретизации некоторым типом. В таком случае программист может специализировать шаблон класса целиком. Напишем полное определение класса Queue< LongDouble>:

// QueueLD.h: определяет специализацию класса Queue< LongDouble> #include " Queue.h"   template< > Queue< LongDouble> { Queue< LongDouble> (); ~Queue< LongDouble> ();   LongDouble& remove(); void add( const LongDouble & ); bool is_empty() const; LongDouble min(); LongDouble max(); private: // Некоторая реализация

};

Явную специализацию шаблона класса можно определять только после того, как общий шаблон уже был объявлен (хотя и не обязательно определен). Иными словами, должно быть известно, что специализируемое имя обозначает шаблон класса. Если в приведенном примере не включить заголовочный файл Queue.h перед определением явной специализации шаблона, компилятор выдаст сообщение об ошибке, указывая, что Queue – это не имя шаблона.

Если мы определяем специализацию всего шаблона класса, то должны определить также все без исключения функции-члены и статические данные-члены. Определения членов из общего шаблона никогда не используются для создания определений членов явной специализации: множества членов этих шаблонов могут различаться. Чтобы предоставить определение явной специализации для типа класса Queue< LongDouble>, придется определить не только функции-члены min() и max(), но и все остальные.

Если класс специализируется целиком, лексемы template< > помещаются только перед определением явной специализации всего шаблона:

#include " QueueLD.h"   // определяет функцию-член min() // из специализированного шаблона класса

LongDouble Queue< LongDouble>:: min() { }

Класс не может в одних файлах конкретизироваться из общего определения шаблона, а в других – из специализированного, если задано одно и то же множество аргументов. Например, специализацию шаблона QueueItem< LongDouble> необходимо объявлять в каждом файле, где она используется:

// ---- File1.C ---- #include " Queue.h"   void ReadIn( Queue< LongDouble> *pq ) { // использование pq-> add() // приводит к конкретизации QueueItem< LongDouble> }

 

// ---- File2.C ---- #include " QueueLD.h"   void ReadIn( Queue< LongDouble> * );   int main() { // используется определение специализации для Queue< LongDouble> Queue< LongDouble> *qld = new Queue< LongDouble>;   ReadIn( qld ); //...

}

Эта программа некорректна, хотя большинство компиляторов ошибку не обнаружат: заголовочный файл QueueLD.h следует включать во все файлы, где используется Queue< LongDouble>, причем до первого использования.

⇐ Предыдущая86878889909192939495Следующая ⇒

Поделиться: