V tomto článku je na krátkém příkladu uvedeno, k čemu slouží šablony a jakým způsobem se deklarují. V druhé části článku je stručný přehled některých šablonových kontejnerových tříd, které nabízí standardní knihovna šablon jazyka C++.
1.2.2011 00:00 | Petr Sklenička | czytane 22285×
RELATED ARTICLES
KOMENTARZE
Šablony obecně
Šablony nám dovolují vytvořit nějakou třídu, v níž bude možné měnit typ věci, se kterou se bude pracovat. Původně sice šablony
nebyly součástí jazyka C++, dnes jsou již snandardem a integrální součástí C++. Jsou velmi flexibilní a typově zabezpečené. Použití
šablony si ukážeme na velmi jednoduchém příkladu. Představte si, že potřebujeme v našem programu implementovat datovou strukturu
zásobník (vím, že zásobník je součástí STL, příklad je jen pro pochopení). Není tedy problém si zásobník napsat. Dejme tomu, že
do něj potřebujeme ukládat celá čísla.
// Trivialni implementace zasobniku
class Stack
{
private:
int* items;
int stackPointer;
public:
Stack(int max = 100)
{
items = new int[max];
stackPointer = 0;
}
void Push(int x)
{
items[stackPointer++] = x;
}
int Pop()
{
return items[--stackPointer];
}
};
Problém nastane, když najednou zjistíme, že bychom potřebovali i zásobník třeba na typ double. Samozřejmě je možné napsat další
třídu, která bude reprezentovat zásobník, pracující s typem double. Asi není nutné říkat, že to není příliš dobrá varianta. Tento
problém lze elegantně vyřešit právě s použitím šablon. My vlastně napíšeme třídu zásobník tak, abychom až při vytváření její
instance mohli říct, s jakým datovým typem bude pracovat.
Deklarace šablony
Deklarace šablony se provádí klíčovým slovem template
, za kterým následuje parametr typu. Formát zápisu tedy vypadá
takto:
template <class T> // prvni moznost
template <typename T> // druha moznost
Písmeno
T
je zástupce (zjednoduše jej můžeme chápat jako název proměnné). Tento název je téměř libovolný,
T
,
popř.
Type
se však používá nejčastěji. Pokud budeme pak vytvářet nějakou šablonovou třídu, vždy místo názvu
datového typu, s kterým by třída normálně pracovala, použijeme právě
T
. Výše uvedený kód zásobníku, který pracuje
pouze s celými čísli, můžeme nyní upravit tak, aby fungoval i pro jiné datové typy než
int
.
template<class T> class Stack
{
private:
T* items;
int stackPointer;
public:
Stack(int max = 100)
{
items = new T[max];
stackPointer = 0;
}
void Push(T x)
{
items[stackPointer++] = x;
}
T Pop()
{
return items[--stackPointer];
}
};
Je vidět, že datový typ prvků, se kterými zásobník pracuje, jsme nahradili písmenem
T
. Teď můžeme bez problému
vytvořit zásobník, do kterého budeme ukládat celá čísla, znaky, typ double atd... To provedeme takto:
Stack<int> myStack_int(); // zasobnik na typ int
Stack<bool> myStack_bool(); // zasobnik na typ bool
Stack<char> myStack_char(); // zasobnik na char
Obdobně jako jsme použili šablony u tříd, můžeme vytvořit i obyčejnou funkci, která bude pracovat s různými datovými typy. Jednoduchý
příklad je například funkce, která vrací větší ze dvou čísel. Můžeme chtít vrátit větší číslo ze dvou celých čísel, stejně tak
ale můžeme chtít zjistit větší číslo ze dvou čísel typu
double
. Takovou funkci pak napíšeme takto:
template <class T> T getMax(T a, T b)
{
if (a > b)
return a;
return b;
}
// volani funkci
getMax<int>(3, 4); // vetsi ze dvou cisel typu int
getMax<double>(3.24, 5.21); // vetsi ze dvou cisel typu double
Nyní se ve stručném přehledu podíváme na standardní knihovnu šablon, kterou C++ nabízí.
Standardní knihova šablon
Standardní knihovna šablon (STL) je knihovna šablonových kontejnerových tříd, která obsahuje seznamy, vektory,
zásobníky a fronty. Obsahuje také řadu algoritmů pro vyhledávání či řazení. Všichni významní výrobci kompilátorů
nabízejí STL jako součást svých kompilátorů. Výhodou STL je to, že nemusíte programovat něco, co se běžně používá a
co již někdo naprogramoval (např. již zmiňovaný zásobník, fronta atd...).
Sekvenční kontejnery
Kontejner je objekt, který obsahuje další objekty. Sekvenční kontejnery jsou vytvořeny tak, že poskytují sekvenční (čili
podle pořadí) a náhodný přístup ke svým elementům, neboli prvkům. Všechny kontejnerové třídy STL jsou definovány
v oboru názvů std.
Kontejner vector
Kontejnerová třída vector se chová podobně jako klasické pole, je však "mocnější" a mnohem lépe se s ní pracuje.
Tato třída je definována v hlavičkovém souboru <vector> v oboru názvů std. V programu můžeme vector vytvořit takto:
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> myVector; // vector celych cisel
return 0;
}
V případě, že bychom vynechali řádek
using namespace std;
, museli bychom vector vytvořit takto:
std::vector<int> myVector;
STL nespecifikuje nejvyšší počet prvků ve vektoru, nicméně nekonečno se jich tam opravdu nevejde. Přesné číslo lze
zjistit tímto způsobem:
cout << myVector.max_size();
Obvykle, když vytváříme vektor, máme nějakou hrubou představu, kolik prvků do něj budeme chtít uložit. Standardní třída
vektoru nabízí konstruktor, který jako svůj parametr přebírá počet prvků. Vektor dvaceti celých čísel se vytvoří takto:
vector<int> myVector(20);
Chceme-li do vektoru přidat nějaký prvek, můžeme to udělat členskou funkcí
push_back
. Tato funkce přidá nový prvek
na konec vektoru.
O vektoru řekneme, že je prázdný, pokud neobsahuje žádný prvek, čili jeho velikost je nula. K zjištění, kolik prvků vektor obsahuje,
slouží členská funkce
size()
. Vrátí-li nám tato funkce hodnotu nula, vektor je prázdný. K tomu, abychom zjistili,
zda je vektor prázdný, však lépe slouží funkce
empty()
, která vrací logickou hodnotu
true
, pokud je vektor
prázdný.
myVector.size(); // vraci velikost vektoru
myVector.empty(); // vraci true, pokud je vektor prazdny
V tomto stručném přehledu jsme si neuvedli všechny členské funkce vektoru. Nezmínili jsme například funkci
front()
,
která vrací odkaz na první prvek, nebo funkci
back()
, která vrací odkaz na poslední prvek.
Kontejner list
Tento kontejner je určen k optimálnímu zajištění častého vkládání a odebírání prvků. Tato třída je definována v hlavičkovém
souboru <list>
v oboru nazvů std
. Třída je implementována jako dvojitě propojený seznam, kde každý
uzel obahuje odkaz na předchozí i následující uzel v seznamu. Co se týče členských metod, jsou stejné jako u třídy vektor. Seznamem
můžeme procházet odkazy v jednotlivých uzlech - k tomu se používá mechanismus zvaný iterátor.
// Ukazka pouziti iteratoru
#include <list>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
list<int> myList;
for (int i = 0; i < 10; i++)
myList.push_back(i * i); // 0, 1, 4, 9, 16, 25 ...
for (list<int>::const_iterator it = myList.begin(); it != myList.end(); ++it)
cout << *it << endl;
return 0;
}
Je dobré si všimnout, že jsme použili konstantní iterátor, neboť nemáme v úmyslu pomocí tohoto iterátoru měnit uzly. Funkce
begin()
vrací iterátor, který ukazuje na první uzel v seznamu. K nasměrování iterátoru na další uzel lze použít
inkrementační operátor ++. Členská funkce
end()
vrací iterátor, který ukazuje na jeden uzel za koncem seznamu, proto
tedy nesmíme nechat náš iterátor dosáhnout
end()
.
Třída list nabízí také metody
push_back(), push_front(), pop_back(), pop_front()
. Není těžké si domyslet, co tyto
metody dělají.
Dalšími sekvenčními kontejnery jsou například deque, queue (fronta) nebo stack (zásobník).
Asociativní kontejnery
Asociativní kontejnery jsou určené pro rychlý přístup k prvkům podle hodnot klíčů. Standardní knihovna C++ nabízí například
tyto asociativní
kontejnery: map, multimap, set, bitset, multiset
.
Kontejner map
Název tohoto kontejneru je dán tím, že obsahuje "mapy", které jsou klíči pro přiřazené hodnoty. Kontejner map
vytvoříme
takto:
#include <map>
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
map<string, int> myMap;
return 0;
}
Při vytváření mapy musíme určit, jakého datového typu bude klíč (v našem případě string) a jakého datového typu budou hodnoty
(v našem případě int). Hodnoty do mapy pak vložíme takto:
myMap["Cislo jedna"] = 1;
myMap["Cislo dva"] = 2;
V tuto chvíli má hodnota 1 klíč "Cislo jedna" a hodnota 2 má klíč "Cislo dva". Hodnoty klíčů v kontejneru musí být jednoznačné,
čili žádné dva prvky nemohou mít stejnou hodnotu klíče. Stejně jako ve třídě
list
, tak i v
mapě lze použít iterátory.
for (map<string, int>::const_iterator it = myMap.begin(); it != myMap.end(); ++it)
cout << "Klic: " << it->first << " Hodnota: " << it->second << endl;
Z výstupu kódu je vidět, že
it->first
ukazuje vždy na aktuální klíč, zatímco
it->second
ukazuje vždy
na aktuální hodnotu.
Multimap, set, multiset, bitset
O některých ostatních asociativních kontejnerech si povíme jen ve stručnosti. Kontejner multimap
je totéž jako
kontejner map
, pouze s tím rozdílem že v multimap
je možné mít více prvků se stejným klíčem. Třída
set
se také podobá mapě, až na to, že její prvky nejsou dvojice klíče s hodnotou, prvkem je pouze klíč. Kontejnerová
třída multiset
je totéž co set
, ale může obsahovat duplicity. Pro ukladání sekvence bitů se používá
bitset
.