第十一章 (上篇) 函數樣板(Function Template) 與 類別樣板(Class Template) 建立通用函數(Generic Functions) & 通用類別(Generic Classes) - Code Reuse 的另一種發揮 - 煩人的事 經歷一次就夠了

為何需要通用函數? 取名困難 int abs(int x) { return (x>0)?x:-x; } 不好記 int fabs(float x) { return (x>0)?x:-x; } int cabs(complex x) { return (x>0)?x:-x; }

為何需要通用函數? [overloading] 同樣的東西 int abs(int x) { return (x>0)?x:-x; } 為何要寫三次? int abs(int x) { return (x>0)?x:-x; } int abs(float x) { return (x>0)?x:-x; } int abs(complex x) { return (x>0)?x:-x; }

利用函數樣板來實現通用函數的理想 當有一組函數: (1) 內容一樣 (2) 參數資料型態不同 把資料型態當 參數傳過去 建立函數模板 int abs(int x) { return (x>0)?x:-x; } 當有一組函數: (1) 內容一樣 (2) 參數資料型態不同 int abs(float x) { return (x>0)?x:-x; } int abs(complex x) { return (x>0)?x:-x; } 把資料型態當 參數傳過去 建立函數模板

函數樣板的定義方式 int abs( int x) { 2 return (x>0)?x:-x; 3 } T T 保留字 函數模板 3 } T T 保留字 函數模板 1 template <class T> 2 T abs( T x) { 3 return (x>0)?x:-x; 4 }

函數樣板的使用 1 template <class T> 2 T abs( T x) { 3 return (x>0)?x:-x; } void main() { int a = 3; float b=-2.83; complex c(-5, -2) ; cout << abs(a) << endl ; cout << abs(b) << endl ; cout << abs(c) << endl ;

編譯器到底做了甚麼? 1 template <class T> 2 T abs( T x) { 3 return (x>0)?x:-x; } void main() { int a = 3; float b=-2.83; complex c(-5, -2) ; cout << abs(a) << endl ; cout << abs(b) << endl ; cout << abs(c) << endl ; int abs(int x) { return (x>0)?x:-x; } float abs(float x) { return (x>0)?x:-x; } 自動產生 complex abs(complex x) { return (x>0)?x:-x; } 自動產生

另一種函數樣板的使用 1 template <class T> 2 T abs( T x) { 3 return (x>0)?x:-x; } void main() { // int a = 3; float b=-2.83; complex c(-5, -2) ; cout << abs(3) << endl ; cout << abs(2.83) << endl ; // T=?? cout << abs(complex(-5, -2)) << endl ;

EX: 通用的swap() void swap(int& x, int& y) { int temp=x; x=y; y=temp;} void swap(double& x, double& y) { … } void swap(frac& x, frac& y) { … } void main( ) { int a = 5, b =3 ; double d1=3.4, d2=5.6 ; frac f1(5, 3), f2(6, 7) ; swap(a, b); swap(d1, d2); swap(f1, f2) ; }

通用的swap() template <class T> void swap1(T& x, T& y) { T temp=x; x=y; y=temp;} void main( ) { int a = 5, b =3 ; double d1=3.4, d2=5.6 ; swap1(a,b); cout<<a<<b<<endl; swap1(d1, d2); cout<<d1<<d2<<endl; }

EX: 通用的print_arr() void main( ) { int x[] = {1,2,3} ; float y[] = {1.1,2.2,3.3}; complex z[3] ={{1,1,},{2,2},{3,3}}; print_arr(x, 3) ; // 印出 1 2 3 print_arr(y, 3); // 印出 1.1 2.2 3.3 print_arr(z, 3) ; // 印出 1+1i 2+2i 3+3i } Q: 編譯器到底做了甚麼?

EX: 通用的ROR() void ROR(int a[], int size) {…} a[size-1] a[0]

EX: 通用的max(a,b) [寫法一] template <class T> T max(T a, T b) { return (a>b)?a:b; } void main() { cout << max(5, 3) << endl; cout << max(-3.14, 5.2) <<endl; cout << max(2.3, 5) <<endl ; //可乎? } 否

EX: max(a,b) [寫法二] template <class T1, class T2> T1 max(T1 a, T2 b) { return (a>b)?a:b; } void main() { cout << max(5, 3) << endl; cout << max(-3.14, 5.2) <<endl; cout << max(5, 7.8) <<endl ; //印出啥? }

觀察 使用Function Template只是少打字而已，可執行檔的大小並未減低。 為甚麼不使用Macro就好了?

[Note1]: template <class T> 的scope T abs(T x) { …. } T max(T a, T b) { ….. 樣板一 template <class T> 樣板二

[Note2]: 換不換行沒關係 template <class T> T abs(T x) { …. }

[Note3]:樣板參數的宣告的變化 // type name 隨你取 template <class Atype> Atype abs(Atype x) { …. } // class 可用typename取代 template <typename Atype> Atype abs(Atype x) { …. }

[Note4]: template <….>與函數定義間不可有任何指令 template <class Atype> const int x=18 ; // error Atype abs(Atype x) { …. }

[Note5]: 函數樣板與樣板函數 template <class T> 函數樣板 int abs( T x) { return (x>0)?x:-x; } 函數樣板 (Function Template) float abs(float x) { return (x>0)?x:-x; } frac abs(frac x) { return (x>0)?x:-x; } int abs(int x) { return (x>0)?x:-x; } 樣板函數 (Template Function) 產生函數(Generated Function)

函數呼叫規則 (Rules of Function Invocation) (一) template <class T> T add(T x, T y) { cout << “F1”; return x+y ; } int add(int x, int y) { cout << “F2 “; return x+y ;} void main() { cout << add(3,8) << endl ; } Result: Rules: F2

函數呼叫規則(二) template <class T1, class T2> T1 add(T1 x, T2 y) { cout << “F1”; return x+y ; } int add(int x, int y) { cout << “F2 “; return x+y ;} void main() { cout << add(3.5, 8) << endl ; } Result: Rules: F1

函數呼叫規則(三) template <class T> T add(T x, T y) { cout << “F1”; return x+y ; } template <class T1, class T2> T1 add(T1 x, T2 y) { cout << “F2 “; return x+y ;} void main() { cout << add(3,8) << endl ; } Result: Rules: error

[作業] 通用的find與sort int find(int a[], int size, int x) { …… } void sort( int a[], int size) { void main() { int a[50]; complex c[50]; frac f[50] ; // 應用sort()與find()在int[], complex[]與frac[]

通用的find void main() template <class T> int find(T a[], int size, T x) { int i=0; int result; for(i=0;i<size;i++) { if(x==a[i]) result=i; break; } } return result;} void main() { int a[5]={1,2,3,4,5}; float b[5]={1.1,2.2,3.3,4.4,5.5}; cout<<find(a,5,3)<<endl; cout<<find(b,5,(float)4.4)<<endl; }

T 的責任 class complex { copy constructor operator= } ; template <class T> T add(T x, T y) { T z = x+y ; return z ; } void main() { complex c1, c2 ; ….. cout << add(c1, c2) ; class list { copy constructor operator= operator+ operator<< } ;

為何需要通用類別 (Generic Class) // 你厭倦了為不同的type寫class嗎? class char_stack{ char data[10] ;....} ; class int_stack {int data[10]; ...} ; class complex_stack{complex data[10]; ....}; ......  我需要通用的stack類別

類別樣板(Class Template) template <class T> T T T class stack { private: int data[10] ; int top, size ; public: stack():top(-1),size(10) {} stack(const stack& s) { for (int i=0 ; i<10; i++) data[i] = s.data[i] ; top = s.top ; } int pop( ) { return data[top--] ; } void push( int x) { data[++top] = x ; } void print() { for(int i=0;i<=top;i++) {cout<<data[i]<<endl;} } ; template <class T> T T T

類別樣板的使用 Q1: s1, s2 and s3 的資料型態為何? Q2: 編譯時會發生 甚麼事? void main( ) { stack<int> s1; s1.push(5) ; …….. stack<float> s2 ; s2.push(3.14) ; statck<complex> s3 ; ….. stack<int> s2(s1) ; } Q1: s1, s2 and s3 的資料型態為何? Q2: 編譯時會發生 甚麼事?

定義在類別樣板外的成員函數 回想 class stack { private: int data[10] ; int top, size ; public: stack():top(-1),size(10) {} int pop( ) { return data[top--] ; } void push( int x) ; } ; void stack::push( int x) { data[++top] = x ; }

定義在類別樣板外的成員函數 正確 版本 template <class T> class stack { ……. void push(T x) ; //如何定義push() } ; void stack::push(T x) { data[++top] = x; } void stack<T>::push(T x) {data[++top] = x ; } 正確 版本 template <class T> void stack<T>::push(T x) {data[++top] = x ; }

EX: 重新定義 stack template template <class T> class stack { private: T data[10] ; int top, size ; public: stack(); T pop( ); void push(T x); } ;

測試stack template void main() { stack<int> s1 ; for (int i = 0 ; i<5; i++) s1.push(i) ; s1.print() ; stack<char> s2 ; for (i = 0 ; i<5; i++) s2.push(‘A’+i) ; s2.print() ; }

More on Class Template template <class T> 實際測試一次 class stack { private: T data[10] ; int top, size ; public: stack(); stack(const stack& s) {…} …… } ; 實際測試一次 template <class T> stack<T>::stack(const stack<T>& s) { for (int i=0 ; i<10; i++) data[i] = s.data[i] ; top = s.top ; }

EX: 通用二維座標 p1.print(); p2.print(); // 改寫為class template 使main中的程式碼可以運作 template <class T> class point { T x, y ; public: point(T a, T b) { x = a; y=b;} void print() { cout << x << “ ”<< y ; } } ; void main() { point<double> p1(3.5, 6.3) ; point<int> p2(3, 9) ; p1.print(); p2.print(); }

EX: 再度測試stack template void main() { stack<int> s1 ; for (int i = 0 ; i<5; i++) s1.push(i) ; s1.print() ; stack<complex> s2 ; for (int i = 0 ; i<5; i++) s2.push(complex(i, i)) ; s2.print() ; stack<stack<int> > ss ; // 注意 > >之間要有空格 ss.push(s1) ; ss.push(s1) ; ss.print() ; }

不過載operator<< template <class T> void stack { T data[10]; int top, size; ... void print() { for (int i = 0 ; i<=top; i++) { cout << data[i] << “ “ ; // 根本不work! } void main() { stack<complex> s; ..... s.print() ; } (4,2) data[1] (5,3) data[0]

過載 operator<<() class complex { double a, b ; public: ...... void print() {cout << a << “+” << b<<“i”; } } ; void main() { complex c(5,3); c.print() ; cout << c ; // 可以這樣嗎? // 轉成 operator<<(cout, c); }

過載 operator<<() class complex { double a, b ; public: ...... friend ostream& operator<<(ostream& out, const complex& c) ; } ; ostream& operator<<(ostream& out, const complex& c) { out << c.a << “+” << c.b<<“i”; //做與print()相同的事 return out ; } void main() {complex c(5,3); cout << c <<endl ;} operator<<(cout, c)

結論 每個class都應該寫operator<< 自我練習 只要將原先的print()或show()改寫即可 complex, list, stack, frac

EX: 測試stack template void main() { stack<int> s1 ; for (int i = 0 ; i<5; i++) s1.push(i) ; cout << s1 << endl ; stack<complex> s2 ; for (int i = 0 ; i<5; i++) s2.push(complex(i, i)) ; cout << s2 << endl ; stack<stack<int>> ss ; ss.push(s1) ; ss.push(s1) ; cout << ss << endl ; } Note that Template Sort Operator<<

Template的參數 template <class T, int n> class stack { T data[n] ; …... } ; void main( ) { stack<int,50> s1 ; stack<int,30> s2 ; stack<float, 40> s3 ; stack<float, 70> s4 } What’s the data type of s1, s2, s3 and s4? 缺點:

練習 課本 11-11 ~ 11-16

作業(or 自我練習) complex> input a 5 3 complex> input b -1 2 -1 2 complex> eval (a+b)*(a-b)/(2.5*a) ??????

自我挑戰: 完成以下SortedList void main() { SortedList<int> L1; L1.insert(10); L1.insert(25) ; L1.insert(13); L1.insert( 20) ; cout << L1 << endl ; // 10 13 20 25 SortedList<Frac> L2; L2.insert(Frac(3,5)); L2.insert( Frac(2,5)) ; L2.insert(Frac(1,13)); L2.insert(Frac(4,20)) ; cout << L2 << endl ; // 1/13 1/5 2/5 3/5 SortedList<SortedList<int>> LL ; LL.insert(L1); LL.insert(L1); cout << LL <<endl ; }