С++ для начинающих

       

Специализации шаблонов классов *


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.


Содержание раздела







Forekc.ru
Рефераты, дипломы, курсовые, выпускные и квалификационные работы, диссертации, учебники, учебные пособия, лекции, методические пособия и рекомендации, программы и курсы обучения, публикации из профильных изданий