16.1.4. Шаблоны-члены

У класса (обычного или шаблона класса) может быть функция-член, которая сама является шаблоном. Такие члены называются шаблонами-членами (member template). Шаблоны-члены не могут быть виртуальными.

Шаблоны-члены обычных (не шаблонных) классов

В качестве примера обычного класса, у которого есть шаблон-член, определим класс, подобный стандартному типу функции удаления (deleter), используемой указателем unique_ptr (см. раздел 12.1.5). Как и у стандартной функции удаления, у данного класса будет перегруженный оператор вызова функции (см. раздел 14.8), который, получив указатель, выполняет для него оператор delete. В отличие от стандартной функции удаления, новый класс будет также выводить сообщения при каждом запуске. Поскольку создаваемую функцию удаления предстоит использовать с любым типом, сделаем оператор вызова шаблоном:

// класс объекта функции, вызывающий оператор delete для указателя

class DebugDelete {

public:

 DebugDelete(std::ostream &s = std::cerr): os(s) { }

 // подобно любым шаблонам функции, тип Т выводится компилятором

 template <typename Т> void operator()(Т *p) const

  { os << "deleting unique_ptr" << std::endl; delete p; }

private:

 std::ostream &os;

};

Как и любой другой шаблон, шаблон-член начинается с собственного списка параметров шаблона. У каждого объекта класса DebugDelete есть переменная-член типа ostream для вывода и функция-член, которая сама является шаблоном. Этот класс можно использовать вместо оператора delete:

double* p = new double;

DebugDelete d; // объект, способный действовать как оператор delete

d(p); // вызывает DebugDelete::operator()(double*), удаляющий p

int* ip = new int;

// вызывает operator()(int*) для временного объекта DebugDelete

DebugDelete()(ip);

Поскольку вызов объекта DebugDelete удаляет переданный ему указатель, его можно также использовать как функцию удаления для указателя unique_ptr. Чтобы переопределить функцию удаления указателя unique_ptr, укажем тип функции удаления в скобках и предоставим объект типа функции удаления конструктору (см. раздел 12.1.5):

// удалить объект, на который указывает p

// создает экземпляр DebugDelete::operator()<int>(int *)

unique_ptr<int, DebugDelete> p(new int, DebugDelete());

// удаляет объект, на который указывает sp

// создает экземпляр DebugDelete::operator()<string>(string*)

unique_ptr<string, DebugDelete> sp(new string, DebugDelete());

Здесь указано, что у функции удаления p будет тип DebugDelete и что предоставлен безымянный объект этого типа в конструкторе p().

Деструктор класса unique_ptr вызывает оператор вызова типа DebugDelete. Таким образом, при каждом вызове деструктора класса unique_ptr создается также экземпляр оператора вызова класса DebugDelete. Таким образом, определения выше создадут следующие экземпляры:

// примеры создания экземпляров шаблонов-членов DebugDelete

void DebugDelete::operator()(int *p) const { delete p; }

void DebugDelete::operator()(string *p) const { delete p; }

Шаблоны-члены шаблонов класса

Шаблон-член можно также определить и для шаблона класса. В данном случае у и класса, и у его члена будут собственные, независимые параметры шаблона.

В качестве примера снабдим класс Blob конструктором, который получает два итератора, обозначающих диапазон копируемых элементов. Поскольку желательно обеспечить поддержку итераторов в различных видах последовательностей, сделаем этот конструктор шаблоном:

template <typename Т> class Blob {

 template <typename It> Blob(It b, It e);

 // ...

};

У этого конструктора есть свой собственный параметр типа шаблона, It, который он использует для типа двух параметров функции.

В отличие от обычных функций-членов шаблонов класса, шаблоны-члены являются шаблонами функций. При определении шаблона-члена вне тела шаблона класса следует предоставить список параметров шаблона для шаблона класса и для шаблона функции. Список параметров для шаблона класса располагается сначала, затем следует список параметров шаблона-члена:

template <typename Т>  // параметр типа для класса

template <typename It> // параметр типа для конструктора

Blob<T>::Blob(It b, It е) :

 data(std::make_shared<std::vector<T>>(b, e)) { }

Здесь определяется член шаблона класса, у которого есть один параметр типа шаблона Т. Сам член является шаблоном функции, имеющий параметр типа It.

Создание экземпляров и шаблоны-члены

Чтобы создать экземпляр шаблона-члена шаблона класса, следует предоставить аргументы для параметров шаблона и класса, и функции. Как обычно, аргументы для параметров шаблона класса определяются типом объекта, через который происходит вызов шаблона-члена. Так же как обычно, компилятор, как правило, выводит тип аргументов шаблона для собственных параметров шаблона-члена из аргументов, переданных при вызове (см. раздел 16.1.1):

int ia[] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};

vector<long> vi = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};

list<const char*> w = {"now", "is", "the", "time"};

// создает экземпляр класса Blob<int>

// и конструктор Blob<int> с двумя параметрами типа int*

Blob<int> a1(begin(ia), end(ia));

// создает экземпляр конструктора Blob<int> с двумя параметрами

// типа vector<long>::iterator

Blob<int> а2(vi.begin(), vi.end());

// создает экземпляр класса Blob<string> и конструктор Blob<string>

// с двумя параметрами типа list<const char*>::iterator

Blob<string> a3(w.begin(), w.end());

При определении a1 указывается явно, что компилятор должен создать экземпляр шаблона Blob с параметром типа int. Параметр типа для его собственных параметров конструктора будет выведен из типа результатов вызова функций begin(ia) и end(ia). Этим типом является int*. Таким образом, определение a1 создает следующий экземпляр:

Blob<int>::Blob(int*, int*);

Определение а2 использует уже готовый экземпляр класса Blob<int> и создает экземпляр конструктора с параметром типа It, замененным на vector<short>::iterator. Определение a3 (явно) создает экземпляр шаблона Blob с собственным параметром шаблона типа string и (неявно) экземпляр конструктора шаблона-члена этого класса с собственным параметром типа list<const char*>.

Упражнения раздела 16.1.4

Упражнение 16.21. Напишите собственную версию типа DebugDelete.

Упражнение 16.22. Пересмотрите программы TextQuery из раздела 12.3 так, чтобы указатель-член shared_ptr использовал тип DebugDelete как свою функцию удаления (см. раздел 12.1.4).

Упражнение 16.23. Предскажите, когда будет выполняться оператор вызова в вашей основной программе запроса. Если предсказание неправильно, убедитесь, что понимаете почему.

Упражнение 16.24. Добавьте в свой шаблон Blob конструктор, получающий два итератора.