Kỹ thuật lập trình C/C++-Chương:Lập trình khái quát với hàm ppt

Lập trình khái quát với hàm
(function templates)
1
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2011/2012
Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Khái niệm
 Đôi khi ta muốn viết một lần nhưng có thể tạo ra các hàm
với tham số thuộc nhiều kiểu khác nhau, thay vì phải viết
chồng nhiều hàm tương tự nhau
 int max(int a, int b) { return a>b ? b:a; }
double max(double a, double b) { return a>b ? b:a; }
float max(float a, float b) { return a>b ? b:a; }
 lập trình ở mức độ khái quát cao hơn: coi kiểu của biến cũng là
tham số (type parameterization)
 Khuôn mẫu hàm (function template): là khái niệm giúp
định nghĩa những hàm mà chưa xác định kiểu của các
tham số
 Có thể hiểu là viết gộp chung các hàm chồng giống nhau về mặt
thuật toán
 Kiểu của các tham số là tham số của khuôn mẫu
2
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2011/2012
Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Định nghĩa hàm khái quát
 Ví dụ 1:
 template <class T>
void swap(T& a, T& b) {
T c = a; a = b; b = c; }
 T được giả định là kiểu của các tham số a, b và biến c
 T sẽ được xác định khi gọi hàm
 T là tham số của khuôn mẫu, trong khi a, b là tham số của hàm

 Ví dụ 2:
 template <class Containter, class Object>
void push(Containter& s, Object o) { }
 Có thể dùng từ khoá “typename” thay vì “class”
 template <typename T>
void swap(T& a, T& b) { }
3
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2011/2012
Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Gọi hàm khái quát
 Gọi với kiểu tường minh:
 max<int>(a, b);
max<double>(x, y);
swap<String&>(s1, s2);
swap<Worker*&>(p1, p2);
push<List&, Student>(l, st);
 Gọi với kiểu ngầm định:
 int a, b;
double x, y;
max(a, b); //  max<int>(a, b);
max(x, y); //  max<double>(x, y);
max(a, x); //  lỗi
4
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2011/2012
Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Chồng hàm khái quát
 Các khuôn mẫu hàm cũng có thể được định nghĩa
chồng
 template <class T> T max(T a, T b) { }
template <class T> T max(T a, T b, T c) { }

template <class T> T max(T* arr, int n) { }
 Gọi hàm chồng
 max<int>(10, 20);
max('c', 'f');
max<double>(1.5, 2.1, 3.14);
max("1un34k", 6);
5
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2011/2012
Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Cá biệt hoá hàm khái quát
 Có thể định nghĩa các phiên bản cho trường hợp riêng
của một hàm khái quát
 template<class T> T max(T a, T b) {
return a>b ? b:a; }
template<> std::string
max(std::string s1, std::string s2) {
return s1.compare(s2) == 1 ? s1:s2; }
 Cá biệt hoá không hoàn toàn
 template <class Containter, class Object>
void push(Containter& s, Object o) { }
template <class Object>
void push(Stack& s, Object o) { }
6
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2011/2012
Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Không chỉ khái quát hoá kiểu của tham số…
 Khái quát hoá kiểu trả về
 template <class Worker, class Product>
Product makeProd(Worker& w) {
w.work();

return w.getResult();
}
 Khái quát hoá kiểu của biến cục bộ
 template <class List, class Iterator>
void forEach(const List& l) {
Iterator i = l.first();
for (; i!=l.last(); i = i.next())
doSmth(i.get());
}
7
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2011/2012
Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Tham số của khuôn mẫu không chỉ là kiểu
 Có thể là các giá trị  sử dụng giá trị đó như hằng
 template<class Object, int N>
Object* makeArray() {
return new Object[N]; }
string* p1 = makeArray<string, 5>();
SinhVien* p2 = makeArray<SinhVien, 10>();
 Cả giá trị và kiểu cùng là tham số
 template<class T, T min, T max>
T range(T t) {
return t<min ? min :
(t>max ? max : t);
}
y = range<double, -1.5, 2.> (x);
b = range<int, 10, 20> (a);
8
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2011/2012
Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội

Lưu ý khi dùng các hàm khái quát
 Phần thực thi của các khuôn mẫu hàm chỉ thực sự được biên dịch
khi có thông tin về kiểu
 nếu viết khuôn mẫu hàm trong thư viện thì cả nguyên mẫu và
phần thực thi của hàm đều viết trong file .h
(có thể viết riêng phần thực thi ra một file khác rồi include vào file .h)
 Khi sử dụng tham số thuộc kiểu gì thì trình biên dịch mới sinh ra hàm
tương ứng với kiểu tham số đó
 int a = 10, b = 20;
swap(a, b); //  sinh ra: void swap(int&, int&) { }
swap<float>(x, y); //  void swap(float&, float&) { }
 Có thể khi dùng ở trường hợp cụ thể mới phát sinh lỗi cú pháp
 template <class T> T divide(T a, T b)
{ return a/b; }
double z = divide(1.5, 0.5); // OK
const char* c = divide("ssss", "dddd"); // lỗi
9
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2011/2012
Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Lập trình khái quát với lớp
(class templates)
10
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2011/2012
Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Khái niệm
 Tương tự với hàm, các lớp cũng có thể được khái quát
hoá  khuôn mẫu lớp
 Lớp được khai báo sử dụng những kiểu chưa xác định
và được tham số hoá
 template<class Object>

class Array {
private:
int N;
Object* p;
public:
void setAt(int i, Object o) { }
Object& operator[](int i) { }

};
11
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2011/2012
Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Phương thức bên ngoài khuôn mẫu lớp
12
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2011/2012
Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
template<class Object>
class Array {
private:
int N;
Object* p;
public:
Array(int N);
~Array();
void setAt(int i, Object o);
int length() const;
Object& operator[](int i);
};
template<class Object>
Array<Object>::Array(int N) {

this->N = N;
p = new Object[N]; }
template<class Object>
Array<Object>::~Array()
{ delete[] p; }
template<class Object>
void Array<Object>::
setAt(int i, Object o)
{ p[i] = o; }
template<class Object>
int Array<Object>::length() const
{ return N; }
template<class Object>
Object& Array<Object>::
operator[](int i)
{ return p[i]; }
 Các phương thức ở ngoài được khai báo tương tự như các khuôn
mẫu hàm
Sử dụng đối tượng của lớp khái quát
 Ví dụ:
 Array<double> a(10);
for (int i=0; i<10; i++)
a.setAt(i, i*2);
typedef Array<string> StrArray;
StrArray s(2);
s[0] = string("abcd");
s[1] = string("12345");
 Kết hợp khuôn mẫu lớp và hàm
 template<class Object>
void printArray(Array<Object> &a) {

for (int i=0; i<a.length(); i++)
cout << a[i];
}
printArray(a);
printArray(s);
13
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2011/2012
Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Hàm bạn và lớp bạn
 Bạn riêng của từng lớp tương ứng
 template<class T>
class Array {

friend void sort(Array<T>& a);
friend class Serializer<T>;
};
 Bạn chung của tất cả các lớp
 template<class T>
class A {

friend void func1();
template<class X> friend int func2();
friend class B;
};
14
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2011/2012
Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Cá biệt hoá lớp khái quát
 template<class Key, class Data> class Map {

Data find(Key k);
};
// cá biệt hoá hoàn toàn
template<> class Map<int, int> {

int find(int k);
};
// cá biệt hoá không hoàn toàn
template<class Data> class Map<int, Data> {

Data find(int k);
};
15
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2011/2012
Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Giá trị mặc định của tham số khuôn mẫu
 Các tham số của khuôn mẫu lớp có thể có giá trị mặc
định
 template<class Object = int, int N = 100>
class Pool {

};
Pool p1; //  Pool<int, 100> p1;
Pool<string> p2; //  Pool<string, 100> p2
Pool<double, 20> p3;
 Chú ý: chỉ khuôn mẫu lớp mới có giá trị mặc định của
tham số, khuôn mẫu hàm không có
16
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2011/2012
Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội

Biến static của lớp khái quát
 Mỗi lớp được sinh ra từ khuôn mẫu có biến static riêng
 template<class Data>
class smartptr {

static smartptr<Data> nullptr;
};
template<class Data>
static smartptr<Data> smartptr<Data>::nullptr;
smartptr<string> p1 = smartptr<string>::nullptr;
smartptr<double> p2 = smartptr<double>::nullptr;
 Tương tự với các phương thức static
17
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2011/2012
Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Các lớp khái quát liên quan
 template<class T> class Iterator;
template<class T> class List {

Iterator<T> begin() { }
Iterator<T> end() { }
};
template<T> class Iterator {

T& getData() { }
Iterator<T> next() { }
};
List<float> l;

Iterator<float> i;

for (i = l.begin(); i != l.end(); i = i.next())
cout << i.getData() << endl;
18
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2011/2012
Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Bài tập
1. Viết hàm nhập dữ liệu cho mảng có kiểu bất kỳ
2. Viết hàm sắp xếp một mảng bất kỳ theo 2 cách: (C) sử dụng một
hàm so sánh làm cơ sở cho thứ tự sắp xếp, (C++) dùng template
void sortC(void* a, int n, int size,
int (*compare)(void*, void*));
template<class T> void sortCpp(T* a, int n);
3. Viết lớp Stack cho phép chứa dữ liệu kiểu bất kỳ mà không cần
dùng con trỏ void*
4. Sửa lại lớp DSLK cho phép chứa dữ liệu kiểu bất kỳ
5. Sửa lại lớp Iterator cho DSLK ở trên
6. Sửa lớp Vector cho phép làm việc với cả dữ liệu float và double
7. Sửa lớp String cho phép làm việc với cả chuỗi ASCII (char) và
Unicode (wchar_t)
19
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2011/2012
Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội