Учебное пособие: Препроцессорные средства в C и С++
- При переопределении не наследуются свойства коммутативности и ассциативности, т.е. результат выражения х + y - z может отличаться от результата выражения y - z + x и зависит от того, как определены соответствующие операции.
- Не допускается переопределение операций . (точка), .* ( точка -звездочка, обращение к указателю на компоненту класса или структуры), :: (разрешение контекста), а также операции # и ##, используемые при препроцессорной обработке.
- Переопределяемые операции = (присваивание), () (функция), [ ] (индекс), -> (обращение к компоненте класса по указателю) всегда должны быть компонентами класса и не могут быть static.
- Переопределяемые операции new и delete должны быть static - компонентами класса.
В остальном к переопределяемым операциям предъявляются те же требования, что и к функциям.
5. Шаблоны функций и классов
5.1. Шаблоны функций
Часто встречаются функции, реализующие одни и те же действия для аргументов различных типов. Например, сортировка массива по возрастанию его элементов может выполняться одним и тем же методом и для данных типа int и для данных типа double. Различие состоит только в типах параметров и некоторых внутренних переменных.
В более поздние версии С++ включено специальное средство, позволяющее параметризовать определение функции, чтобы компилятор мог построить конкретную реализацию функции для указанного типа параметров функции. Параметризованное определение функции строится по схеме:
template < class ???_?????? >????????? ??????? { /* ???? ??????? */ }Имя класса является параметром и задается идентификатором, локализованным в пределах определения функции. Хотя бы один из параметров функции должен иметь тип, соответствующий этому идентификатору.
Параметризованное определение функции сортировки массива методом перестановок может быть построено следующим образом:
template <class T > void sort ( T a[ ], int n ) { T temp; int sign; for ( int k = 0; k > n; k++) { sign = 0; for ( i = 0; i <n - k; i++) if ( a [ i ] > a [ i + 1]) { temp = a [ i ]; a[ i ] = a[ i + 1 ]; a[ i + 1 ] = temp; sign++; } if ( sign == 0 ) break;} return; }Если в программе будут объявлены массивы
int aint [10];double afl [20];и установлены значения элементов этих массивов, то вызов функции
sort ( aint, 10 );обеспечит вызов sort для упорядочения массива целых, а вызов функции
sort ( afl , 20 )обеспечит вызов sort для упорядочения массива с элементами типа double.
Если элементами массива являются объекты какого-либо определенного программистом класса, для которого определена операция отношения >, то функция sort может быть вызвана и для такого массива. Разумеется, в объектном коде программы будут присутствовать все варианты реально вызывамой функции sort. Параметризация функции сокращает объем исходного текста программы и повышает его надежность.
В описателе template можно указывать несколько параметров вида class имя_типа, а также параметры базовых типов. Например, функция
template < class T1, class T2 >void copy ( T1 a[ ], T2 b[ ], int n) { for ( int i = 0; i <n; i++) a[ i ] = b [ i ] ;}копирует первые n элементов массива b типа T2 в первые n элементов массива a типа T1. Разумеется, программист несет ответственность за то, чтобы такое копирование было возможным.
5.2. Шаблоны классов
По аналогии с параметризованной функцией можно построить параметризованное описание класса, позволяющее создавать экземпляры классов для конкретных значений параметров. Параметризованный класс описывается следующим образом:
template <class T >class ???????? ??????Как и для функций, в описателе template может быть задано несколько параметров. В самом описание класса имена параметров используются как имена типов данных, типов параметров функций и типов значений, возвращаемых функциями.
В качестве примера приведем описание класса stack, предназначенного для построения стеков фиксированного максимального размера с элементами произволного типа.
enum BOOLEAN ( FALSE, TRUE );template <class Type >class stack { private:enum ( EMPTY = -1 ); Type* s; /* ????????? ?? ?????? ????? */ int max_len; /* ???????????? ????? ????? */ int top; /* ?????? ???????? ? ??????? ????? */ public: stack ( ) : max_len ( 100 ) /* ??????????? ??? ?????????? */{ s = new Type [ 100 ]; top = EMPTY; } stack ( int size ) : max_len( size ) /* ????????????????? */ { s = new Type [ size ]; top = EMPTY; } ~stack ( ) { delete [ ] s; } /* ?????????? */ void reset ( ) { top = EMPTY; } /* ???????????? */ void push ( Type c ) { s [ ++top ] = c; } Type pop ( ) { return (s [top?] } Type top_of ( ) { return ( s [top ] } BOOLEAN empty ( ) { return BOOLEAN ( top == EMPTY ) } BOOLEAN full ( ) { return BOOLEAN ( top == max_len ) }};Следует отметить, что в этом примере с целью сокращения исходного текста не предусмотрен контроль выхода за пределы стека в методах push и pop.
Чтобы создать экземпляр параметризованного объектного типа, нужно уточнить имя типа значением параметра в угловых скобках:
stack < int > stack_of_int (50); /* Стекна 50 элементовтипа int */
stack < myClass > stmc (20); /* Стекна 20 элементовтипа myClass */
В приведенном примере все компоненты-функции определены в описании класса. Когда полное определение функции-члена класса задается вне описания класса, оно должно уточняться описателем template. Например, если бы метод top_of был определен вне описания класса, определение имело бы вид:
template < class Type >
Type top_of ( ) { return s [ top ];}
Отметим некоторые специфические черты описаний параметризованных классов.
Если в параметризованном классе определены friend-функции, то когда такая функция не зависит от параметра, будет использоваться единственная friend-функция для всех значений параметра, а когда friend-функция зависит от параметра, будет использоваться своя friend-функция для каждого значения параметра.
Если в параметризованном классе имеются статические (static) компоненты, то для каждого значения параметра будет использоваться свой экземпляр статической компоненты.
6. Классы для ввода-вывода потоков
6.1. Система классов ввода-вывода
Система ввода-вывода С++ основывается на концепции потоков данных, поток представляет собой, с одной стороны, последовательность данных, с другой стороны поток рассматривается как переменная некоторого объектного типа. Это позволяет вынести общие свойства и операции процессов ввода-вывода в определения базовых классов. Ввод-вывод из файлов и консоли, как правило, выполняется с использованием буфера и получение данных программой или вывод данных сводится к пересылке данных из одной области памяти в другую. Реальное обращение к внешним устройствам происходит только при исчерпании данных в буфере (при вводе) или при заполнении буфера (при выводе).