C++. Сборник рецептов - [119]

Пример 8.12. Написание шаблона класса

#include
#include

using namespace std;

template
class TreeNode {
public:
 TreeNode (const T& val) : val_(val), left_(NULL), right_(NULL) {}
 ~TreeNode() {
  delete left_;
  delete right_;
 }
 const T& getVal() const {return(val_);}
 void setVal(const T& val) {val_ = val;}
 void addChild(TreeNode* p) {
  const T& other = p->getVal();
  if (other > val_)
   if (rights)
    right_->addChild(p);
   else
    right_ = p;
  else
   if (left_)
    left_->addChild(p);
   else
    left_ = p;
 }
 const TreeNode* getLeft() {return(left_);}
 const TreeNode* getRight() {return(right_);}
private:
 T val_;
 TreeNode* left_;
 TreeNode* right_;
};

int main() {
 TreeNode node1("frank");
 TreeNode node2("larry");
 TreeNode node3("bill");
 node1.addChild(&node2);
 node1.addChild(&node3);
}

Обсуждение

Шаблоны классов предоставляют способ параметризации типов, используемых в классе, так что эти типы могут указываться пользователем класса при создании объектов. Однако шаблоны могут оказаться несколько запутанными, так что позвольте мне перед разбором их работы пояснить приведенный выше пример.

Рассмотрим объявление шаблона класса TreeNode из примера 8.12.

template class TreeNode {
//...

Часть template — это то, что делает этот класс шаблоном, а не обычным классом. Эта строка говорит, что T — это имя типа, который будет указан при использовании класса, а не при его объявлении. После этого параметр T может использоваться в объявлении и определении TreeNode так, как будто это обычный тип — встроенный или определенный пользователем. Например, имеется частный член с именем val_, который должен иметь тип T. Тогда его объявление будет иметь вид:

T val_;

Здесь просто объявляется член класса с именем val_ некоторого типа, который будет определен позднее. Это объявление выглядит так же, как и при использовании для val_ типов int, float, MyClass или string. В этом отношении его можно рассматривать как макрос (т.е. использование #define), хотя сходство с макросом на этом и заканчивается.

Параметр типа может применяться любым способом, которым можно использовать обычный параметр: возвращаемые значения, указатели, параметры методов и т.д. Рассмотрим методы установки и получения val_.

const T& getVal() const (return(val_);}
void setVal(const T& val) {val_ = val;}

getVal возвращает const-ссылку на val_, имеющий тип T, a setVal принимает ссылку на T и записывает ее значение в val_. Некоторые сложности появляются в отношении методов getLeft и getRight, так что далее я вернусь к этому вопросу. Подождите немного.

Теперь, когда TreeNode объявлен с помощью заполнителя типа, его должен использовать клиентский код. Вот как это делается.

TreeNode — это простая реализация двоичного дерева. Чтобы создать дерево, которое хранит строковые значения, создайте узлы следующим образом.

ТreeNode node1("frank");
TreeNode node2("larry");
TreeNode node3("bill");

Тип между угловыми скобками — это то, что используется вместо T при создании экземпляра класса. Создание экземпляра шаблона — это процесс, выполняемый компилятором при создании версии TreeNode при условии, что T — это string. Двоичное физическое представление TreeNode создается тогда, когда создается его экземпляр (и только в этом случае). В результате в памяти получается структура, эквивалентная той, которая была бы, если TreeNode был написан без ключевого слова template и параметра типа, а вместо T использовался бы string.

Создание экземпляра шаблона для данного параметра типа аналогично созданию экземпляра объекта любого класса. Ключевое различие состоит в том, что создание экземпляра шаблона происходит в процессе компиляции, в то время как создание объекта класса происходит во время выполнения программы. Это означает, что если вместо string двоичное дерево должно хранить данные типа int, его узлы должны быть объявлены вот так.

TreeNode intNode1(7);
TreeNode intNode2(11);
TreeNode intNode3(13);

Как и в случае с версией для string, создается двоичное представление шаблона класса TreeNode с использованием внутреннего типа int.

Некоторое время назад я сказал, что рассмотрю методы getLeft и getRight. Теперь, когда вы знакомы с созданием экземпляра шаблона (если еще не были), объявление и определение getLeft и getRight должно стать более осмысленным.

const TreeNode* getLeft() {return(left_);}
const TreeNode* getRight() {return(right_);}

Здесь говорится, что каждый из этих методов возвращает указатель на экземпляр TreeNode для T. Следовательно, когда создается экземпляр TreeNode для, скажем, string, экземпляры getLeft и getRight создаются следующим образом.

const TreeNode* getLeft() {return(left_);}
const TreeNode* getRight() {return(right_);}

При этом не существует ограничения одним параметром шаблона. Если требуется, можно использовать несколько таких параметров. Представьте, что вам требуется отслеживать число дочерних узлов данного узла, но пользователи вашего класса могут быть ограничены в использовании памяти и не захотят использовать