Лабораторная работа на тему «Применение шаблонов классов»

>Цели:

Получить практические навыки создания шаблонов и использования их в программах С++.

1. Краткие теоретические сведения

Шаблон функции

Шаблон функции (иначе параметризированная функция) определяет общий набор операций (алгоритм), которые будут применяться к данным различных типов. При этом тип данных, над которыми функция должна выполнять операции, передается ей в виде параметра на стадии компиляции.

В С++ параметризированная функция создается с помощью ключевого слова template. Формат шаблона функции:

template тип_возвр_значения имя_функции(список_параметров){тело_функции}

Основные свойства параметров шаблона функции

* Имена параметров шаблона должны быть уникальными во всем определении шаблона.

* Список параметров шаблона не может быть пустым.

* В списке параметров шаблона может быть несколько параметров, и каждому из них должно предшествовать ключевое слово class.

* Имя параметра шаблона имеет все права имени типа в определенной шаблоном функции.

* Определенная с помощью шаблона функция может иметь любое количество непараметризованных формальных параметров. Может быть непараметризованно и возвращаемое функцией значение.

* В списке параметров прототипа шаблона имена параметров не обязаны совпадать с именами тех же параметров в определении шаблона.

* При конкретизации параметризованной функции необходимо, чтобы при вызове функции типы фактических параметров, соответствующие одинаково параметризованным формальным параметрам, были одинаковы.

Шаблон класса

Шаблон класса (иначе параметризованный класс) используется для построения родового класса. Создавая родовой класс, вы создаете целое семейство родственных классов, которые можно применять к любому типу данных. Таким образом, тип данных, которым оперирует класс, указывается в качестве параметра при создании объекта, принадлежащего к этому классу. Подобно тому, как класс определяет правила построения и формат отдельных объектов, шаблон класса определяет способ построения отдельных классов. В определении класса, входящего в шаблон, имя класса является не именем отдельного класса, а параметризованным именем семейства классов.

Общая форма объявления параметризованного класса:

template class имя_класса { . . . };

Основные свойства шаблонов классов

* Компонентные функции параметризованного класса автоматически являются параметризованными. Их не обязательно объявлять как параметризованные с помощью template.

* Дружественные функции, которые описываются в параметризованном классе, не являются автоматически параметризованными функциями, т.е. по умолчанию такие функции являются дружественными для всех классов, которые организуются по данному шаблону.

* Если friend-функция содержит в своем описании параметр типа параметризованного класса, то для каждого созданного по данному шаблону класса имеется собственная friend-функция.

* В рамках параметризованного класса нельзя определить friend-шаблоны (дружественные параметризованные классы).

* С одной стороны, шаблоны могут быть производными (наследоваться) как от шаблонов, так и от обычных классов, с другой стороны, они могут использоваться в качестве базовых для других шаблонов или классов.

* Шаблоны функций, которые являются членами классов, нельзя описывать как virtual.

* Локальные классы не могут содержать шаблоны в качестве своих элементов.

Компонентные функции параметризованных классов

Реализация компонентной функции шаблона класса, которая находится вне определения шаблона класса, должна включать дополнительно следующие два элемента:

* Определение должно начинаться с ключевого слова template, за которым следует такой же список_параметров_типов в угловых скобках, какой указан в определении шаблона класса.

* За именем_класса, предшествующим операции области видимости (::), должен следовать список_имен_параметров шаблона.

template тип_возвр_значения имя_класса :: имя_функции (список_параметров)

{ . . . }

2. Практическое задание (100%)

Общая постановка:

1. Создать шаблон заданного класса. Определить конструкторы, деструктор, перегруженную операцию присваивания (“=”) и операции, заданные в варианте задания.

2. Определить пользовательский класс, который будет использоваться в качестве параметра шаблона. Определить в классе необходимые функции и перегруженные операции.

3. Написать программу, в которой демонстрируется использование шаблона для стандартного и пользовательского типа.

Методические указания

1. Класс АТД реализовать как динамический массив. Для этого определение класса должно иметь следующие поля:

-указатель на начало массива;

— максимальный размер массива;

— текущий размер массива.

2. Для вода и вывода определить в классе функции input и print.

3. Чтобы у вас не возникало проблем, аккуратно работайте с константными объектами. Например:

* конструктор копирования следует определить так:

MyTmp (const MyTmp& ob);

* операцию присваивания перегрузить так:

MyTmp& operator = (const MyTmp& ob);

4. Для шаблонов множеств, списков, стеков и очередей в качестве стандартных типов использовать символьные, целые и вещественные типы. Для пользовательского типа взять класс из лабораторной работы № 2 (индивидуальное задание 1).

5. Для шаблонов массивов в качестве стандартных типов использовать целые и вещественные типы. Для пользовательского типа взять класс “комплексное число” complex.

class complex{

int re; // действительная часть

int im; // мнимая часть

public;

// необходимые функции и перегруженные операции

};

6. Реализацию шаблона следует разместить вместе с определением в заголовочном файле.

8. Тестирование должно быть выполнено для всех типов данных и для всех операций.

Варианты заданий

1. Класс одномерный массив. Дополнительно перегрузить следующие операции:

[] доступ по индексу;

= = проверка на равенство;

!= проверка на неравенство.

2. Класс множество set. Дополнительно перегрузить следующие операции:

+ объединение множеств;

* пересечение множеств;

3. Класс множество set. Дополнительно перегрузить следующие операции:

+ добавить элемент в множество (типа item + set);

+ объединение множеств;

= = проверка множеств на равенство.

4. Класс множество set. Дополнительно перегрузить следующие операции:

4. Контрольные вопросы

1. В чем смысл использования шаблонов?

2. Каковы синтаксис/семантика шаблонов функций?

3. Каковы синтаксис/семантика шаблонов классов?

4. Напишите параметризованную функцию сортировки массива методом обмена.

5. Определите шаблон класса “вектор”  одномерный массив.

6. Что такое параметры шаблона функции?

7. Перечислите основные свойства параметров шаблона функции.

8. Как записывать параметр шаблона?

9. Можно ли перегружать параметризованные функции?

10. Перечислите основные свойства параметризованных классов.

11. Может ли быть пустым список параметров шаблона? Объясните.

12. Как вызвать параметризованную функцию без параметров?

13. Все ли компонентные функции параметризованного класса являются параметризованными?

14. Являются ли дружественные функции, описанные в параметризованном классе, параметризованными?

15. Могут ли шаблоны классов содержать виртуальные компонентные функции?

16. Как определяются компонентные функции параметризованных классов вне определения шаблона класса?

17. Объясните каждое из следующих определений шаблонов функций и укажите, нет ли среди них недопустимых. Исправьте все обнаруженные ошибки.

3. template void fl(T, U, V);

4. template T f2(int &T);

5. inline template T foo(T, unsigned int*);

6. template f4(T, T) ;

7. typedef char Ctype;

1. template Ctype f5(Ctype a);

18. Объясните, какие из следующих объявлений являются ошибочными и почему (если они есть).

2. template Type bar(Type, Туре); template Type bar(Type, Туре);

3. template

void bar(Tl,T2);

4. template

void bar CI, C2