Язык программирования C Пятое издание
 Скачать 1.85 Mb.
|
|
Упражнение 16.66. Каковы преимущества и недостатки перегрузки функций debug_rep() по сравнению с определением специализаций? Упражнение 16.67. Повлияет ли определение этих специализаций на подбор функций debug_rep()? Почему? Резюме Шаблоны — это отличительная особенность языка С++ и основа его стандартной библиотеки. Шаблон представляет собой независимый от типа "чертеж", используемый компилятором для создания конкретных экземпляров указанных классов или функций. Шаблон разрабатывается один раз, а его экземпляры компилятор создает для соответствующего типа или значения по мере его применения. Можно определять шаблоны функций и классов. Библиотечные алгоритмы являются шаблонами функций, а библиотечные контейнеры — шаблонами классов. Явный аргумент шаблона позволяет фиксировать тип или значение одного или нескольких параметров шаблона. К параметрам с явным аргументом шаблона применимы нормальные преобразования. Специализация шаблона — это отдельное специальное определение, позволяющее создать такую версию шаблона, в которой для одного или нескольких параметров указан определенный тип или значение. Специализация полезна в случае, когда для некоторых типов стандартное определение шаблона неприменимо. Главная часть последнего выпуска стандарта языка С++ относится к шаблонам с переменным количеством аргументов. Такой шаблон способен получать переменное количество аргументов разных типов. Шаблоны с переменным количеством аргументов Page 896/1103 позволяют написать такие функции, как функция-член emplace() классов контейнеров и библиотечная функция make_shared(), передающая аргументы конструктору объекта. Термины Аргумент шаблона (template argument). Тип или значение, указанные при создании экземпляра шаблона. Аргумент шаблона по умолчанию (default template argument). Тип или значение, используемые при создании экземпляра шаблона, если пользователь не предоставил соответствующий аргумент. Дедукция аргумента шаблона (template argument deduction). Процесс, в ходе которого компилятор выясняет, какой экземпляр шаблона функции следует создать. Для этого компилятор исследует типы аргументов, переданных в качестве параметров шаблона. На основании полученных типов или значений объектов, связанных с параметрами шаблона, компилятор автоматически создает соответствующую версию функции. Пакет параметров (parameter pack). Параметр шаблона или функции, представляющий любое количество параметров. Пакет параметров функции (function parameter pack). Пакет, представляющий любое количество параметров функций. Пакет параметров шаблона (template parameter pack). Пакет, представляющий любое количество параметров шаблона. Параметр значения (nontype parameter). Параметр шаблона, представляющий значение. Во время создания экземпляра шаблона класса каждый параметр значения связывается с константным выражением, переданным в качестве аргумента при создании экземпляра класса. Параметр типа (type parameter). Имя, используемое в списке параметров шаблона вместо имени типа. Параметры типа определяется после ключевого слова typename или class. Параметр шаблона (template parameter). Имя, определенное в списке параметров шаблона и используемое в определении его экземпляров. Параметр шаблона может быть типом или значением. Чтобы использовать шаблон класса, следует предоставить явные аргументы для каждого параметра шаблона. Компилятор использует эти типы или значения при создании версии экземпляра класса. При этом используемые параметры заменяются фактическими аргументами. Когда используется шаблон функции, компилятор выводит аргументы шаблона из аргументов вызова и создает экземпляр специфической функции на их основании. Развертывание пакета (pack expansion). Процесс, в ходе которого пакет параметров заменяется соответствующим списком его элементов. Создание экземпляра (instantiate). Процесс компилятора, в ходе которого соответствующие параметры шаблона заменяются фактическими аргументами и создается специфический экземпляр шаблона. Экземпляры функций создаются автоматически на основании аргументов, использованных в вызове. При использовании шаблона класса следует явно предоставить аргументы шаблона. Создание экземпляра (instantiation). Процесс создания компилятором класса или функции из Page 897/1103 шаблона. Специализация шаблона (template specialization). Переопределение всего шаблона класса, или его члена, или шаблона функции, в котором определены параметры шаблона. Специализация шаблона не может быть осуществлена до завершения определения шаблона класса, подвергающегося специализации. Специализация шаблона должна быть осуществлена прежде, чем он будет использован для специализированных аргументов. Каждый параметр шаблона в шаблоне функции должен быть специализирован полностью. Список параметров шаблона (template parameter list). Список параметров типа или значения (разделяемый запятыми), используемый в определении или объявлении шаблона. Схема (pattern). Определяет форму каждого элемента в развернутом пакете параметров. Трансформация типа (type transformation). Определенные библиотекой шаблоны класса, преобразующие предоставленный параметр типа шаблона в связанный тип. Частичная специализация (partial specialization). Версия шаблона класса, в которой определены некоторые, но не все параметры шаблона либо некоторые параметры определены не полностью. Шаблон класса (class template). Определение, которое может быть использовано при создании экземпляров специфических классов. При определении шаблона класса используется ключевое слово template, за которым следует разделяемый запятыми список параметров, заключенный в угловые скобки (<>). Шаблон с переменным количеством аргументов (variadic template). Шаблон, получающий переменное количество аргументов. Пакет параметров шаблона определяется с использованием многоточия (например, class..., typename... или имя_типа ...). Шаблон функции (function template). Определение, которое может быть использовано при создании экземпляра специфической функции. При определении шаблона функции используется ключевое слово template, за которым следует разделяемый запятыми список параметров, заключенный в угловые скобки (<>), и определение функции. Шаблон-член (member template). Член класса или шаблона класса, который является шаблоном функции. Шаблон-член не может быть виртуальным. Явное создание экземпляра (explicit instantiation). Объявление, предоставляющее явные аргументы для всех параметров шаблона. Используется для управления процессом создания экземпляра. Если объявление будет внешним (extern), то экземпляр шаблона не будет создан; в противном случае создается экземпляр шаблона с указанными аргументами. Для каждого внешнего объявления шаблона где-нибудь в программе должно быть внутреннее явное создание экземпляра. Явный аргумент шаблона (explicit template argument). Аргумент шаблона, предоставляемый пользователем при вызове функции или определении типа шаблона класса. Явные аргументы шаблона указывают в угловых скобках непосредственно после имени шаблона. Часть IV Дополнительные темы Page 898/1103 Часть IV посвящена дополнительным средствам, которые весьма полезны в некоторых случаях, но нужны не каждому разработчику на языке С++. Эти средства делятся на две группы: те, которые используются для решения крупномасштабных проблем, и те, которые применяют скорее для специфических целей, а не общих. Средства для специфических задач, предоставляемые языком, рассматриваются в главе 19, а таковые, предоставленные библиотекой, — в главе 17. В главе 17 рассматриваются четыре библиотечных средства специального назначения: класс bitset (набора битов) и три новых библиотечных средства: кортежи, регулярные выражения и случайные числа. Затронуты также будут и некоторые из менее общеизвестных частей библиотеки ввода и вывода. Глава 18 посвящена обработке исключений, пространствам имен и множественному наследованию. Эти средства могут быть весьма полезны в контексте крупномасштабных программ. Даже достаточно простые программы, которые могут быть написаны одним разработчиком, способны извлечь пользу из обработки исключений, основы которой были представлены в главе 5. Однако необходимость справляться с непредвиденными ошибками во время выполнения программы не менее важна, чем решение проблем в больших группах разработчиков. В главе 18 представлен обзор некоторых дополнительных средств обработки исключений. Здесь также более подробно рассматриваются способы обработки исключений, их смысл при размещении ресурсов в памяти и их удалении. Кроме того, в этой главе описаны способы создания и применения собственных классов исключений, рассматриваются также усовершенствования из нового стандарта, включая определение того, что некая функция не будет передавать исключения. В крупномасштабных приложениях зачастую используют код от нескольких независимых производителей. Комбинирование нескольких библиотек от независимых разработчиков было бы необычайно трудной или вообще неразрешимой задачей, если бы все использованные в них имена располагались в одном пространстве имен. В библиотеках от независимых разработчиков почти неизбежно использовались бы совпадающие имена. В результате имя, определенное в одной библиотеке, вступило бы в конфликт с таким же именем из другой библиотеки. Чтобы избежать конфликтов имен, их следует определять в пространстве имен (namespace). Каждый раз, когда в этой книге использовалось имя из стандартной библиотеки, происходило обращение к пространству имен std. В главе 18 продемонстрировано, как можно определять собственные пространства имен. Глава 18 завершается очень важным, но нечасто используемым средством языка: множественным наследованием. Множественное наследование наиболее полезно в сложных иерархиях наследования. Глава 19 посвящена ряду специализированных подходов и инструментальных средств решения ряда специфических проблем. В этой главе рассматриваются такие средства, как дополнительные возможности по распределению памяти; поддержка языком С++ идентификации типов времени выполнения (RTTI), позволяющей определять фактический тип выражения во время выполнения; а также способы определения и использования указателей на члены класса. Указатели на члены классов отличаются от указателей на обычные данные или функции. Обычные указатели различаются только на основании типа объекта или функции. Указатели на члены класса должны также отражать класс, которому принадлежит член. Затем рассматриваются три дополнительных составных типа: Page 899/1103 объединения, вложенные и локальные классы. Глава завершается кратким обзором средств, применение которых делает код непереносимым. Сюда относится спецификатор volatile, битовые поля и директивы компоновки. Глава 17 Специализированные средства библиотек Последний стандарт существенно увеличил размер и область видимости библиотеки. Действительно, посвященная библиотеке часть стандарта более чем удвоилась по сравнению с прежним выпуском стандарта и составила почти две трети текста нового стандарта. В результате подробное рассмотрение каждого класса библиотеки С++ стало невозможным в данном издании. Однако четыре специализированных библиотечных средства являются достаточно общими, чтобы рассмотреть их в данной книге: это кортежи, наборы битов, генераторы случайных чисел и регулярные выражения. Кроме того, будут рассмотрены также некоторые дополнительные специальные средства библиотеки ввода и вывода. 17.1. Тип tuple Шаблон tuple (кортеж) подобен шаблону pair (пара) (см. раздел 11.2.3). У каждого экземпляра шаблона pair могут быть члены разных типов, но их всегда только два. Члены экземпляров шаблона tuple также могут иметь разные типы, но количество их может быть любым. Каждый конкретный экземпляр шаблона tuple имеет фиксированное количество членов, но другой экземпляр типа может отличаться количеством членов. Тип tuple особенно полезен, когда необходимо объединить некие данные в единый объект, но нет желания определять структуру для их хранения. Список операций, поддерживаемых типом tuple, приведен в табл. 17.1. Тип tuple, наряду с сопутствующими ему типами и функциями, определен в заголовке tuple. Таблица 17.1. Операции с кортежами tuple<T1, T2, ..., Tn> t; t — кортеж с количеством и типами членов, заданными списком T1...Tn. Члены инициализируются по умолчанию (см. раздел 3.3.1) tuple<T1, T2, ..., Tn> t(v1, v2, ..., vn); t — кортеж с типами T1...Tn, каждый член которого инициализируется соответствующим инициализатором vi. Этот конструктор является явным (см. раздел 7.5.4) make_tuple(v1, v2, ..., vn) Возвращает кортеж, инициализированный данными инициализаторов. Тип кортежа выводится из типов инициализаторов t1 == t2 t1 != t2 Два кортежа равны, если у них совпадает количество членов и каждая пара членов равна. Для сравнения используется собственный оператор == каждого члена. Как только найдены неравные члены, последующие не проверяются t1 опсравн t2 Операторы сравнения кортежей используют алфавитный порядок (см. раздел 9.2.7). У кортежей должно быть одинаковое количество членов. Члены кортежа t1 сравниваются с соответствующими членами кортежа t2 при помощи оператора < get<i>(t) Возвращает ссылку i-ю переменную-член кортежа t; если t — это l-значение, то результат — ссылка на l-значение; в противном случае — ссылка на r-значение. Все члены Page 900/1103 кортежа являются открытыми (public) tuple_size< типКортежа >::value Шаблон класса, экземпляр которого может быть создан по типу кортежа и имеет public constexpr static переменную-член value типа size_t, содержащую количество членов в указанном типе кортежа tuple_element<i, типКортежа >::type Шаблон класса, экземпляр которого может быть создан по целочисленной константе и типу кортежа, имеющий открытый член type, являющийся типом указанного члена в кортеже указанного типа Тип tuple можно считать структурой данных на "скорую руку". 17.1.1. Определение и инициализация кортежей При определении кортежа следует указать типы каждого из его членов: tuple<size_t, size_t, size_t> threeD; // все три члена установлены в 0 tuple<string, vector<double>, int, list<int>> someVal("constants", {3.14, 2.718}, 42, {0,1,2,3,4,5}); При создании объекта кортежа можно использовать либо стандартный конструктор кортежа, инициализирующий каждый член по умолчанию (см. раздел 3.3.1), либо предоставить инициализатор для каждого члена, как при инициализации кортежа someVal. Этот конструктор кортежа является явным (см. раздел 7.5.4), поэтому следует использовать прямой синтаксис инициализации: tuple<size_t, size_t, size_t> threeD = {1,2,3}; // ошибка tuple<size_t, size_t, size_t> threeD{1,2,3}; // ok В качестве альтернативы, подобно функции make_pair() (см. раздел 11.2.3), можно использовать библиотечную функцию make_tuple(), создающую объект кортежа: // кортеж, представляющий транзакцию приложения книжного магазина: // ISBN, количество, цена книги auto item = make_tuple("0-999-78345-X", 3, 20.00); Подобно функции make_pair(), функция make_tuple() использует типы, предоставляемые в качестве инициализаторов, для вывода типа кортежа. В данном случае кортеж item имеет тип tuple<const char*, int, double>. Доступ к членам кортежа Page 901/1103 В типе pair всегда есть два члена, что позволяет библиотеке присвоить им имена first (первый) и second (второй). Для типа tuple такое соглашение об именовании невозможно, поскольку у него нет ограничений на количество членов. В результате члены остаются безымянными. Вместо имен для обращения к членам кортежа используется библиотечный шаблон функции get. Чтобы использовать шаблон get, следует определить явный аргумент шаблона (см. раздел 16.2.2), задающий позицию члена, доступ к которому предстоит получить. Функция get() получает объект кортежа и возвращает ссылку на его заданный член: auto book = get<0>(item); // возвращает первый член item auto cnt = get<1>(item); // возвращает второй член item auto price = get<2>(item)/cnt; // возвращает последний член item get<2>(item) *= 0.8; // применяет 20%-ную скидку Значение в скобках должно быть целочисленным константным выражением (см. разделе 2.4.4). Как обычно, счет начинается с 0, а значит, первым членом будет get<0>. Если подробности типов в кортеже неизвестны, для выяснения количества и типов его членов можно использовать два вспомогательных шаблона класса: typedef decltype(item) trans; // trans - тип кортежа item // возвращает количество членов в объекте типа trans size_t sz = tuple_size<trans>::value; // возвращает 3 // cnt имеет тот же тип, что и второй член item tuple_element<1, trans>::type cnt = get<1>(item); // cnt - это int Для использования шаблонов tuple_size и tuple_element необходимо знать тип объекта кортежа. Как обычно, проще всего определить тип объекта при помощи спецификатора decltype (см. раздел 2.5.3). Здесь спецификатор decltype используется для определения псевдонима для типа кортежа item, который и используется при создании экземпляров обоих шаблонов. Шаблон tuple_size обладает открытой статической переменной-членом value, содержащей количество членов в указанном кортеже. Шаблон tuple_element получает индекс, а также тип кортежа. Он обладает открытым типом-членом type, содержащим тип указанного члена кортежа заданного типа. Подобно функции get(), шаблон tuple_element ведет отсчет индексов Page 902/1103 начиная с нуля. Операторы сравнения и равенства Операторы сравнения и равенства кортежей ведут себя подобно соответствующим операторам контейнеров (см. раздел 9.2.7). Эти операторы выполняются для членов двух кортежей, слева и справа. Сравнить два кортежа можно только при совпадении количества их членов. Кроме того, чтобы использовать операторы равенства или неравенства, должно быть допустимо сравнение каждой пары членов при помощи оператора ==; а для использования операторов сравнения допустимым должно быть использование оператора <. Например: tuple<string, string> duo("1", "2"); tuple<size_t, size_t> twoD(1, 2); bool b = (duo == twoD); // ошибка: нельзя сравнить size_t и string tuple<size_t, size_t, size_t> threeD(1, 2, 3); b = (twoD < threeD); // ошибка: разное количество членов tuple<size_t, size_t> origin(0, 0); b = (origin < twoD); // ok: b — это true Поскольку кортеж определяет операторы < и ==, последовательности кортежей можно передавать алгоритмам, а также использовать кортеж как тип ключа в упорядоченном контейнере. Упражнения раздела 17.1.1 Упражнение 17.1. Определите кортеж, содержащий три члена типа int, и инициализируйте их значениями 10, 20 и 30. Упражнение 17.2. Определите кортеж, содержащий строку, вектор строки и пару из строки и целого числа (типы string, vector<string> и pair<string, int>). Упражнение 17.3. Перепишите программы TextQuery из раздела 12.3 так, чтобы использовать кортеж вместо класса QueryResult. Объясните, что на ваш взгляд лучше и почему. 17.1.2. Использование кортежей для возвращения нескольких значений Обычно кортеж используют для возвращения из функции нескольких значений. Например, рассматриваемый книжный магазин мог бы быть одним из нескольких магазинов в сети. У каждого магазина был бы транзакционный файл, содержащий данные по каждой проданной книге. В этом случае могло бы понадобиться просмотреть все продажи данной книги по всем магазинам. Предположим, для каждого магазина имеется файл транзакций. Каждый из этих транзакционных файлов в магазине будет содержать все транзакции для каждой группы книг. Предположим также, что некая другая функция читает эти транзакционные файлы, создает вектор vector<Sales_data> для каждого магазина и помещает эти векторы в вектор |