23. Классы и шаблоны

Шаблон семейства классов определяет способ построения отдельных классов подобно тому, как класс определяет правила построения и формат отдельных объектов. Шаблон семейства классов определяется так:

template < список параметров шаблона > определение класса

В определении класса, входящего в шаблон, особую роль играет имя класса. Оно является не именем отдельного класса, а параметризованным именем семейства классов.

Определение шаблона может быть только глобальным.

Рассмотрим класс vector, в число данных которого входит одномерный массив. Независимо от типа элементов этого массива в классе должны быть определены одни и те же базовые операции, например, доступ к элементу по индексу и т.п. Если тип элементов вектора задать в качестве параметра шаблона класса, то система будет формировать вектор нужного типа и соответствующий класс при каждом определении конкретного объекта.

// Файл vec.cpp

template < class T > // Т-параметры шаблона;

class vector {

T *pv; // одномерный массив;

int size; // размер массива.

public:

vector ( int );

~vector ( ) { delete []pv; }

T & operator [ ] ( int i ) { return pv [ i ]; }

. . .

};

template < class T >

vector < T >::vector ( int n ){

pv = new T[n];

size = n;

}

// Конец файла vec.cpp

Когда шаблон введен, появляется возможность определить конкретные объекты конкретных классов, каждый из которых параметрически порожден из шаблона. Формат определения объекта одного из классов, порожденного шаблоном, следующий:

имя параметризованного класса < фактические параметры шаблона >

имя объекта (параметры конструктора).

В нашем случае определить вектор, имеющий 100 компонент типа double, можно так:

vector < double > x ( 100 );

Программа может выглядеть так:

#include < iostream.h >

#include “vec.cpp“

void main ( ){

vector < int > x ( 5 );

vector < char > c( 5 );

for ( int i = 0; i < 5; i++ ){

x [ i ] = i; c [ i ] = ’A’ + i;}

for ( i = 0; i < 5; i++ ) cout << “ “ << x [ i ] << “ “ << c [ i ];

cout << “/n“;

}

Результат:

0 A 1 B 2 C 3 D 4 E

В списке параметров шаблона могут присутствовать формальные переменные, не определяющие тип. Точнее, это параметры, для которых тип фиксирован:

template < class T, int size = 64 >

class row {

T * data;

int length;

public: row ( ) { length = size; data = new T [ size]; }

~row ( ) { delete T[] data; }

T & operator [ ] ( int i ) { return data [i]; }

};

void main ( ){

row < float, 7 > rf;

row < int, 7 > ri;

for ( int i = 0; i < 7; i++ ){ rf[i] = i ; ri[i] = i * i; }

for ( i = 0; i < 8; i++ )

cout << “ “ << rf[i] << “ “ << ri[i];

cout << “\n“;

}

Результат:

0 0 1 1 2 4 3 9 4 16 5 25 6 36

В качестве фактического аргумента для параметра size взята константа. В общем случае может быть использовано константное выражение, однако использовать выражения, содержащие переменные, нельзя.

24. Списки

Рассмотрим структуру

typedef int ETYPE;

struct elem { ETYPE data;

elem *next;

};

Назовем data – информационным элементом. У нас он - типа int, но может быть любого сложного необходимого нам типа ETYPE.

Указатель next указывает на объект типа elem. Объекты типа elem можно упорядочить с помощью указателя next следующим образом (рис. 1.):

Рис. 1. Структура односвязного списка

Т акая структура данных называется однонаправленным, или односвязным списком, иногда – цепочкой.

Объекты типа elem из этого списка называют элементами списка или звеньями. Каждый элемент цепочки, кроме последнего, содержит указатель на следующий за ним элемент. Признаком того, что элемент является последним в списке, служит то, что член типа elem* этого звена равен NULL.

Вместе с каждым списком рассматривается переменная, значением которой является указатель на первый элемент списка. Если список не имеет ни одного элемента, т.е. пуст, значением этой переменной должен быть NULL.

Рассмотрим методы работы с такими списками.

Пусть переменные p, q имеют тип elem*:

elem *p, *q;

Построим список из двух элементов, содержащих числа 12 и –8.

Значением переменной p всегда будет указатель на первый элемент уже построенной части списка. Переменная q будет использоваться для выделения с помощью new места в памяти под размещение новых элементов списка.

Выполнение оператора

p = NULL;

приводит к созданию пустого списка. После выполнения операторов

q = new elem; q->data = –8; q->next = p; p = q;

имеем список, состоящий из одного элемента, содержащего число –8 в информационной части. Переменные p, q указывают на этот элемент

(рис. 2а):

Рис. 2. Создание списка а) из одного элемента (сплошные линии);

б) из двух элементов (пунктир)

Далее, выполнение операторов (рис. 2б)

q = new elem; q->data = 12; q->next = p; p = q;

приводит к тому, что в начало цепочки добавляется новый элемент, одержащий число 12. В результате получится список, изображенный на рис. 3. Значением переменных p и q снова является указатель на первый элемент списка:

Рис. 3. Список из двух элементов

Фактически мы рассмотрели операцию включения нового элемента в начало, или голову списка, а формирование списка состоит в том, что начинают с пустого списка и последовательно добавляют в начало элементы.

Пример:

Построим список, элементы которого содержат целые числа

1, 2, 3, . . ., n.

p = NULL;

while ( n > 0 ){ q = new elem;

q->data = n; q->next = p; p = q ;

n – –;}

Заметим, что при включении элемента в голову списка порядок элементов в списке обратен порядку их включения.

Основная операция при работе со списком – это проход по списку.

Предположим, что с каждым информационным элементом звена нужно выполнить некоторую операцию, которая реализуется функцией void P(ETYPE). Пусть также опять p указывает на начало списка. Тогда проход по списку осуществляется так:

q = p;

while (q) {

P ( q->data );

q = q->next; }

Пример. Во входном файле num.dat находится последовательность, содержащая нечетное количество целых чисел.

Напишем программу, в результате выполнения которой выводится число, занимающее в этой последовательности центральную позицию.

#include < fstream.h > // Для работы с файлом ввода.

#include < stdlib.h >

struct elem { int data;

elem *next; };

void main ( ){

ifstream infile ( “num.dat“ );

/* Создается входной поток с именем infile для чтения данных, разыскивается файл с именем “num.dat“; если такой файл не существует, то конструктор завершает работу аварийно и возвращает для infile нулевое значение.

*/

if ( !infile ) {

cout << “Ошибка при открытии файла num.dat!\n“; exit (1); }

elem *p = NULL, *q;

int j = 0;

while ( infile.peek() != EOF ) {

/* Функция-член peek() класса ifstream возвращает очередной символ из входного потока infile, фактически не извлекая его оттуда. Если встретится конец файла, то будет возвращено значение EOF, т.е. -1.

*/

q = new elem;

infile >> q->data;

q->next = p; p = q;

j ++;

}

for ( int i = 1; i <= j/2; i++ )

q = q->next;

cout << q->data << “\n“;

}