قالب‌ها در ++C

آشنایی با قالب‌ها به عنوان یکی از امکانات متمایز ++C از C

آنچه می‌خوانید ویراست جدید نوشته‌ای است که اولین بار با عنوان «قالبها در ++C» خرداد ماه ۱۳۸۵ از طریق وبگاه برنامه‌نویسی و طراحی الگوریتم (عنوان و طرح پیشین وبگاه الگوریتمستان) منتشر شده بود.

یکی از امکانات جالب و مفید زبان ++C قالب‌ها (Templates) هستند که انعطاف زیادی به کدنویسی می‌دهند.

فرض کنید در یک برنامه نیاز به تعویض مقادیر دو متغیر هست. یعنی مثلا می‌خواهیم مقادیر a و b را با هم عوض کنیم. اگر a و b از نوع صحیح باشند، تابع جابجایی می‌تواند به این صورت باشد:

1 void swap(int &a, int &b){
2   int temp;
3   temp = a;
4   a = b;
5   b = temp;
6 }

حال اگر بخواهیم مقادیر دو تا متغیر اعشاری را عوض کنیم، تابع فوق به کار نمی‌آید و باید تابع جدیدی بنویسیم. اما اگر از قالب استفاده کنیم، همه‌ی مشکلات حل می‌شوند.

به قطعه کد زیر توجه کنید:

1 template< class T >
2 void swap(T &a, T &b){
3   T Temp;
4   Temp = a;
5   a = b;
6   b = Temp;
7 }

این کد روش استفاده از قالب را نشان می‌دهد. وقتی کامپایلر به این قطعه کد می‌رسد، متوجه می‌شود که یک تعریف کلی از یک تابع ارائه شده است. به جای T می‌توان در زمان فراخوانی تابع، هر نوع داده‌ی استاندارد، ساختمان یا کلاس استفاده کرد. به عنوان مثال:

1 int n = 5, m = 6;
2 double x = 0.12, y = 125.6;
3 char a = 'A', b = 'B';
4 swap(n, m);
5 swap(x, y);
6 swap(a, b);
7 cout << " n = " << n << ", m = " << m << endl;
8 cout << " x = " << x << ", y = " << y << endl;
9 cout << " a = " << a << ", b = " << b << endl;

خروجی:

1 n = 6, m = 5
2 x = 125.6, y = 0.12
3 a = B, b = A

به عبارت ساده‌تر، وقتی کامپایلر به کد

swap(n, m)

می‌رسد، متوجه می‌شود که باید T را int در نظر بگیرد و ...

همانطور که گفته شد، می‌توانید برای اشیاء کلاس‌ها و ساختمان‌ها هم از قالب استفاده کنید. اگر strval1 و strval2 دو متغیر از نوع ساختمان دلخواه باشند، عبارت

swap(strval1, strval2)

کاملا درست بوده و باعث جابجایی متغیرهای متناظر ساختمان‌ها می‌شود.

قالب‌ها از تمامی امکانات ++C نظیر سربارگزاری، تعریف مجدد و پارامترهای پیش‌فرض پشتیبانی می‌کند. مهم‌تر از همه این که می‌توان از قالب‌ها برای تعریف کلاس‌ها استفاده کرد:

1 template< class T >
2 class myclass{
3   private:
4     T a;
5   public:
6     myclass(T x){
7       set_a(x);
8     }
9     T get_a(){
10       return a;
11     }
12     void set_a(T x){
13       a = x;
14     }
15 };

با توجه به تعریف فوق، برای مشخص کردن اشیاء می‌توان نوشت:

1 myclass<int> n(7);
2 myclass<float> d(10.5);

توجه داشته باشید که لازم نیست همه‌ی متغیرها از نوع کلی باشند. تابع زیر را در نظر بگیرید که یک آرایه و تعداد اعضای آن را دریافت کرده و این اعضا را چاپ می‌کند:

1 template< class T >
2 void print(T *arr, int n){
3   int i;
4   for (i = 0 ; i < n ; i ++)
5     cout << *(arr + i) << endl;
6 }

در ضمن می‌توان به جای یک نوع کلی، از چند نوع استفاده کرد:

template< class type1, class type2, . . . , class typeN >

از کاربردهای دیگر قالب‌ها می‌توان به توابع مرتب‌سازی، توابع جستجو، پشته‌ها، لیست‌های پیوندی، درخت‌ها و صف‌ها اشاره کرد.

1	template< class T >
2	void print(T arr, int* n){
3	int i;
4	for (i = 0 ; i < n ; i ++)
5	cout << *(arr + i) << endl;
6	}

1	void swap(int &a, int &b){
2	int temp;
3	temp = a;
4	a = b;
5	b = temp;
6	}

1	template< class T >
2	void swap(T &a, T &b){
3	T Temp;
4	Temp = a;
5	a = b;
6	b = Temp;
7	}

1	int n = 5, m = 6;
2	double x = 0.12, y = 125.6;
3	char a = 'A', b = 'B';
4	swap(n, m);
5	swap(x, y);
6	swap(a, b);
7	cout << " n = " << n << ", m = " << m << endl;
8	cout << " x = " << x << ", y = " << y << endl;
9	cout << " a = " << a << ", b = " << b << endl;

1	template< class T >
2	class myclass{
3	private:
4	T a;
5	public:
6	myclass(T x){
7	set_a(x);
8	}
9	T get_a(){
10	return a;
11	}
12	void set_a(T x){
13	a = x;
14	}
15	};

1	myclass<int> n(7);
2	myclass<float> d(10.5);