Шаблоны-члены
Шаблон функции или класса может быть членом обычного класса или шаблона класса. Определение шаблона-члена похоже на определение шаблона: ему предшествует ключевое слово template, за которым идет список параметров:
template <class T>
class Queue {
private:
// шаблон класса-члена
template <class Type>
class CL
{
Type member;
T mem;
};
// ...
public:
// шаблон функции-члена
template <class Iter>
void assign( Iter first, Iter last )
{
while ( ! is_empty() )
remove(); // вызывается Queue<T>::remove()
for ( ; first != last; ++first )
add( *first ); // вызывается Queue<T>::add( const T & )
}
}
(Отметим, что шаблоны-члены не поддерживаются компиляторами, написанными до принятия стандарта C++. Эта возможность была добавлена в язык для поддержки реализации абстрактных контейнерных типов, представленных в главе 6.)
Объявление шаблона-члена имеет собственные параметры. Например, у шаблона класса CL есть параметр Type, а у шаблона функции assign() – параметр Iter. Помимо этого, в определении шаблона-члена могут использоваться параметры объемлющего шаблона класса. Например, у шаблона CL есть член типа T, представляющего параметр включающего шаблона Queue.
Объявление шаблона-члена в шаблоне класса Queue означает, что конкретизация Queue потенциально может содержать бесконечное число различных вложенных классов CL функций-членов assign(). Так, конкретизированный экземпляр Queue<int> включает вложенные типы:
Queue<int>::CL<char>
Queue<int>::CL<string>
и вложенные функции:
void Queue<int>::assign( int *, int * )
void Queue<int>::assign( vector<int>::iterator,
vector<int>::iterator )
Для шаблона-члена действуют те же правила доступа, что и для других членов класса. Так как шаблон CL является закрытым членом шаблона Queue, то лишь функции-члены и друзья Queue могут ссылаться на его конкретизации. С другой стороны, шаблон функции assign() объявлен открытым членом и, значит, доступен во всей программе.
Шаблон- член конкретизируется при его использовании в программе. Например, assign() конкретизируется в момент обращения к ней из main():
int main()
{
// конкретизация Queue<int>
Queue<int> qi;
// конкретизация Queue<int>::assign( int *, int * )
int ai[4] = { 0, 3, 6, 9 };
qi.assign( ai, ai + 4 );
// конкретизация Queue<int>::assign( vector<int>::iterator,
// vector<int>::iterator )
vector<int> vi( ai, ai + 4 );
qi.assign( vi.begin(), vi.end() );
}
Шаблон функции assign(), являющийся членом шаблона класса Queue, иллюстрирует необходимость применения шаблонов-членов для поддержки контейнерных типов. Предположим, имеется очередь типа Queue<int>, в которую нужно поместить содержимое любого другого контейнера (списка, вектора или обычного массива), причем его элементы имеют либо тип int (т.е. тот же, что у элементов очереди), либо приводимый к типу int. Шаблон-член assign()позволяет это сделать. Поскольку может быть использован любой контейнерный тип, то интерфейс assign() программируется в расчете на употребление итераторов; в результате реализация оказывается не зависящей от фактического типа, на который итераторы указывают.
В функции main() шаблон-член assign() сначала конкретизируется типом int*, что позволяет поместить в qi содержимое массива элементов типа int. Затем шаблон-член конкретизируется типом vector<int>::iterator – это дает возможность поместить в очередь qi содержимое вектора элементов типа int. Контейнер, содержимое которого помещается в очередь, не обязательно должен состоять из элементов типа int. Разрешен любой тип, который приводится к int. Чтобы понять, почему это так, еще раз посмотрим на определение assign():
template <class Iter>
void assign( Iter first, Iter last )
{
// удалить все элементы из очереди
for ( ; first != last; ++first )
add( *first );
}
Вызываемая из assign() функция add() – это функция-член Queue<Type>::add(). Если Queue конкретизируется типом int, то у add() будет следующий прототип:
void Queue<int>::add( const int &val );
Аргумент * first должен иметь тип int либо тип, которым можно инициализировать параметр-ссылку на const int. Преобразования типов допустимы. Например, если воспользоваться классом SmallInt из раздела 15.9, то содержимое контейнера, в котором хранятся элементы типа SmallInt, с помощью шаблона-члена assign() помещается в очередь типа Queue<int>. Это возможно потому, что в классе SmallInt имеется конвертер для приведения SmallInt к int:
class SmallInt {
public:
SmallInt( int ival = 0 ) : value( ival ) { }
// конвертер: SmallInt ==> int
operator int() { return value; }
// ...
private:
int value;
};
int main()
{
// конкретизация Queue<int>
Queue<int> qi;
vector<SmallInt> vsi;
// заполнить вектор
// конкретизация
// Queue<int>::assign( vector<SmallInt>::iterator,
// vector<SmallInt>::iterator )
qi.assign( vsi.begin(), vsi.end() );
list<int*> lpi;
// заполнить список
// ошибка при конкретизации шаблона-члена assign():
// нет преобразования из int* в int
qi.assign( lpi.begin(), lpi.end() );
}
Первая конкретизация assign() правильна, так как существует неявное преобразование из типа SmallInt в тип int и, следовательно, обращение к add() корректно. Вторая же конкретизация ошибочна: объект типа int* не может инициализировать ссылку на тип const int, поэтому вызвать функцию add() невозможно.
Для контейнерных типов из стандартной библиотеки C++ имеется функция assign(), которая ведет себя так же, как функция-шаблон assign() для нашего класса Queue.
Любую функцию-член можно задать в виде шаблона. Это относится, в частности, к конструктору. Например, для шаблона класса Queue его можно определить следующим образом:
template <class T>
class Queue {
// ...
public:
// шаблон-член конструктора
template <class Iter>
Queue( Iter first, Iter last )
: front( 0 ), back( 0 )
{
for ( ; first != last; ++first )
add( * first );
}
};
Такой конструктор позволяет инициализировать очередь содержимым другого контейнера. У контейнерных типов из стандартной библиотеки C++ также есть предназначенные для этой цели конструкторы в виде шаблонов-членов. Кстати, в первом (в данном разделе) определении функции main() использовался конструктор-шаблон для вектора:
vector<int> vi( ai, ai + 4 );
Это определение конкретизирует шаблон конструктора для контейнера vector<int> типом int*, что позволяет инициализировать вектор содержимым массива элементов типа int.
Шаблон-член, как и обычные члены, может быть определен вне определения объемлющего класса или шаблона класса. Так, являющиеся членами шаблон класса CL или шаблон функции assign() могут быть следующим образом определены вне шаблона Queue:
template <class T>
class Queue {
private:
template <class Type> class CL;
// ...
public:
template <class Iter>
void assign( Iter first, Iter last );
// ...
};
template <class T> template <class Type>
class Queue<T>::CL<Type>
{
Type member;
T mem;
};
template <class T> template <class Iter>
void Queue<T>::assign( Iter first, Iter last )
{
while ( ! is_empty() )
remove();
for ( ; first != last; ++first )
add( *first );
}
Определению шаблона-члена, которое находится вне определения объемлющего шаблона класса, предшествует список параметров объемлющего шаблона класса, а за ним должен следовать собственный такой список. Вот почему определение шаблона функции assign() (члена шаблона класса Queue) начинается с
template <class T> template <class Iter>
Первый список параметров шаблона template <class T> относится к шаблону класса Queue. Второй – к самому шаблону-члену assign(). Имена параметров не обязаны совпадать с теми, которые указаны внутри определения объемлющего шаблона класса. Приведенная инструкция по-прежнему определяет шаблон-член assign():
template <class TT> template <class IterType>
void Queue<TT>::assign( IterType first, IterType last )
{ ... }
