4.2. Шаблоны классов

Шаблон класса используется для построения родового класса. При создании родового класса создается 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. Принципиальное преимущество параметризованного класса заключается в том, что он позволяет определить члены класса один раз, но применять класс к данным любых типов. 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.

Наиболее широкое применение шаблоны классов находят при создании контейнерных классов. Фактически создание контейнеров является одной из основных причин, по которым были введены в употребление шаблоны.

Контейнерными классами (контейнерами) называются классы, в которых хранятся организованные данные. Например, массивы и связные списки. Преимущество, даваемое определением параметризованных контейнерных классов, заключается в том, что, как только логика, необходимая для поддержки контейнера, определена, он может применяться к любым типам данных без необходимости его переписывания. Например, параметризованный контейнер связного списка можно использовать для построения списков, содержащих почтовые адреса, заглавия книг, названия автомобилей.

Общая форма объявления параметризованного класса:

template <class тип_данных> class имя_класса { . . . };

Здесь тип_данных представляет собой имя типа шаблона, которое в каждом случае конкретизации будет замещаться фактическим типом данных. При необходимости можно использовать более одного параметризованного типа данных, используя список с разделителем – запятой. В пределах определения класса имя тип_данных можно использовать в любом месте.

Создав параметризованный класс, можно создать конкретную реализацию этого класса, используя следующую общую форму:

имя_класса <тип> имя_объекта;

Здесь тип представляет собой имя типа данных, над которыми фактически оперирует класс, и заменяет собой переменную тип_данных.

Перечислим основные свойства шаблонов классов:

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

2. 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.

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

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

5. 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.

6. Определенные пользователем имена в описании шаблона по умолчанию рассматриваются как идентификаторы переменных. Чтобы имя рассматривалось как идентификатор типа, оно должно быть определено внутри шаблона или в окружающей области определения через ключевое слово typename.

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

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