Язык программирования C++. Вводный курс

Обобщенный список


Наш класс ilist

имеет серьезный недостаток: он может хранить элементы только целого типа. Если бы он мог содержать элементы любого типа– как встроенного, так и определенного пользователем, – то его область применения была бы гораздо шире. Модифицировать ilist для поддержки произвольных типов данных позволяет механизм шаблонов (см. главу 16).

При использовании шаблона вместо параметра подставляется реальный тип данных. Например:

list< string > slist;

создает экземпляр списка, способного содержать объекты типа string, а

list< int > ilist;

создает список, в точности повторяющий наш ilist. С помощью шаблона класса можно обеспечить поддержку произвольных типов данных одним экземпляром кода. Рассмотрим последовательность действий, уделив особое внимание классу list_item.

Определение шаблона класса начинается ключевым словом template, затем следует список параметров в угловых скобках. Параметр представляет собой идентификатор, перед которым стоит ключевое слово class или typename. Например:



template <class elemType>

class list_item;

Эта инструкция объявляет list_item

шаблоном класса с единственным параметром-типом. Следующее объявление эквивалентно предыдущему:

template <typename elemType>

class list_item;

Ключевые слова class и typename

имеют одинаковое значение, можно использовать любое из них. Более удобное для запоминания typename появилось в стандарте С++ сравнительно недавно и поддерживается еще не всеми компиляторами. Поскольку наши тексты были написаны до появления этого ключевого слова, в них употребляется class. Шаблон класса list_item

выглядит так:

template <class elemType>

class list_item {

public:

    list_item( elemType value, list_item *item = 0 )

             : _value( value ) {

        if ( !item )

            _next = 0;

        else {

            _next = item->_next;

            item->_next = this;

        }

    }

    elemType value() { return _value; }

    list_item* next() { return _next; }

    void next( list_item *link ) { _next = link; }

    void value( elemType new_value ) { _value = new_value; }

private:

    elemType   _value;

    list_item *_next;
<
};

Все упоминания типа int в определении класса ilist_item

заменены на параметр elemType. Когда мы пишем:

list_item<doub1e> *ptr = new list_item<doub1e>( 3.14 );

компилятор подставляет double

вместо elemType и создает экземпляр list_item, поддерживающий данный тип.

Аналогичным образом модифицируем класс ilist в шаблон класса list:



template <class elemType>

class list {

public:

list()

       : _at_front( 0 ), _at_end( 0 ), _current( 0 ),

         _size( 0 ) {}

    1ist( const list& );

    list& operator=( const list& );

    ~list() { remove_all(); }

    void insert ( list_item<elemType> *ptr, elemType value );

    void insert_end( elemType value );

    void insert_front( elemType value );

    void insert_all( const list &rhs );

    int remove( elemType value );

    void remove_front();

    void remove_all();

    list_item<elemType> *find( elemType value );

    list_item<elemType> *next_iter();

    list_item<elemType>* init_iter( list_item<elemType> *it );

    void disp1ay( ostream &os = cout );

    void concat( const list& );

    void reverse ();

    int size() { return _size; }

private:

    void bump_up_size()   { ++_size; }

    void bump_down_size() { --_size; }

    list_item<elemType> *_at_front;

    1ist_item<elemType> *_at_end;

    list_item<elemType> *_current;

    int _size;
};

Объекты шаблона класса list

используются точно так же, как и объекты класса ilist. Основное преимущество шаблона в том, что он обеспечивает поддержку произвольных типов данных с помощью единственного определения.

(Шаблоны являются важной составной частью концепции программирования на С++. В главе 6 мы рассмотрим набор классов контейнерных типов, предоставляемых стандартной библиотекой С++. Неудивительно, что она содержит шаблон класса, реализующего операции со списками, равно как и шаблон класса, поддерживающего векторы; мы рассматривали их в главах 2 и 3.)



Наличие класса списка в стандартной библиотеке представляет некоторую проблему. Мы выбрали для нашей реализации название list, но, к сожалению, стандартный класс также носит это название. Теперь мы не можем использовать в программе одновременно оба класса. Конечно, проблему решит переименование нашего шаблона, однако во многих случаях эта возможность отсутствует.

Более общее решение состоит в использовании механизма пространства имен, который позволяет разработчику библиотеки заключить все свои имена в некоторое поименованное пространство и таким образом избежать конфликта с именами из глобального пространства. Применяя нотацию квалифицированного доступа, мы можем употреблять эти имена в программах. Стандартная библиотека С++ помещает свои имена в пространство std. Мы тоже поместим наш код в собственное пространство:



namespace Primer_Third_Edition

{

    template <typename elemType>

    class list_item{ ... };

    template <typename elemType>

    class list{ ... };

    // ...
}

Для использования такого класса в пользовательской программе необходимо написать следующее:



// наш заголовочный файл

#include "list.h"

// сделаем наши определения видимыми в программе

using namespace Primer_Third_Edition;

// теперь можно использовать наш класс list

list< int > ilist;
// ...

(Пространства имен описываются в разделах 8.5 и 8.6.)

Упражнение 5.16

Мы не определили деструктор для ilist_item, хотя класс содержит указатель на динамическую область памяти. Причина заключается в том, что класс не выделяет память для объекта, адресуемого указателем _next, и, следовательно, не несет ответственности за ее освобождение. Начинающий программист мог бы допустить ошибку, вызвав деструктор для ilist_item:



ilist_item::~ilist_item()

{

    delete _next;
}

Посмотрите на функции remove_all() и remove_front() и объясните, почему наличие такого деструктора является ошибочным.

Упражнение 5.17

Наш класс ilist не поддерживает следующие операции:





void ilist::remove_end();
void ilist::remove( ilist_item* );

Как вы думаете, почему мы их не включили? Реализуйте их.

Упражнение 5.18

Модифицируйте функцию find()

так, чтобы вторым параметром она принимала адрес элемента, с которого нужно начинать поиск. Если этот параметр не задан, поиск начинается с первого элемента. (Поскольку мы добавляем второй параметр, имеющий значение по умолчанию, открытый интерфейс данной функции не меняется. Программы, использующие предыдущую версию find(), будут работать без модификации.)



class ilist {

public:

    // ...

    ilist_item* find( int value, ilist_item *start_at = 0 );

    // ...
};

Упражнение 5.19

Используя новую версию find(), напишите функцию count(), которая подсчитывает количество вхождений элементов с заданным значением. Подготовьте тестовую программу.

Упражнение 5.20

Модифицируйте insert(int value)

так, чтобы она возвращала указатель на вставленный объект ilist_item.

Упражнение 5.21

Используя модифицированную версию insert(), напишите функцию:



void ilist::

insert( ilist_item *begin,

       int *array_of_value,
       int elem_cnt );

где array_of_value

указывает на массив значений, который нужно вставить в ilist, elem_cnt – на размер этого массива, а begin – на элемент, после которого производится вставка. Например, если есть ilist:

 (3)( 0 1 21 )

и массив:

int ia[] = { 1, 2, 3, 5, 8, 13 };

вызов этой новой функции



ilist_item *it = mylist.find( 1 );
mylist.insert( it, ia, 6 );

изменит список таким образом:

 (9) ( 0 1 1 2 3 5 8 13 21 )

Упражнение 5.22

Функции concat() и reverse()

модифицируют оригинальный список. Это не всегда желательно. Напишите аналогичную пару функций, которые создают новый объект ilist:



ilist ilist::reverse_copy();
ilist ilist::concat_copy( const ilist &rhs );


Содержание раздела