Собрался я было писать текст про всякие крутые структуры данных и тут оказалось, что мы ещё не разбирали несколько очень важных возможностей C++. Шаблоны - одна из них.

Шаблоны (templates) - очень мощное средство. Шаблонные функции и классы позволяют очень сильно упростить программисту жизнь и сберечь огромное количество времени, сил и нервов. Если вам покажется, что шаблоны не сильно-то и значимая тема для изучения, знайте - вы заблуждаетесь.

Шаблонные функции

Простой пример шаблонной функции:

Type square (Type a)
{
  Type b;
  b = a*a;
  return b;
}

int x = 5;
int i;

i = square(5);

float y = 0.5;
float f;

f = square(y);

Если бы мы создавали функции по старинке, то тогда бы пришлось писать две разные функции: для типа int и для типа float. А если бы понадобилась такая же функция, использующая другие типы, пришлось бы заново писать и её. Используя шаблоны, можно ограничиться только одним экземпляром функции, оставив всю грязную работу компилятору.

Вместо использования какого-то определённого типа, в функции используется параметрический тип (или по другому - аргумент шаблона). Здесь я обозвал параметрический тип идентификатором Type. В функции этот идентификатор встречается три раза: возвращаемое значение, аргумент функции и определение переменной s. То есть Type используется как любой обычный тип.

Но чтобы код заработал, перед функцией нужно добавить следующую строку (я показал несколько вариантов синтаксиса, все они рабочие):

template <class Type> Type square (Type a)

template <class Type>
Type square (Type a)

template< class Type >
Type square (Type a)

template < class Type > Type square (Type a)

Итак, перед функцией должно стоять ключевое слово template (шаблон), а в угловых скобках нужно указать имя параметрического типа с ключевым словом class. Вместо ключевого слова class можно использовать type - в общем-то никакой разницы.

Идентификатор параметрического типа тоже может быть любым. Мы часто будем пользоваться вот такими: TypeA, TypeB, Datatype, T.

Важное замечание: У шаблонных функций должен быть аргумент, чтобы компилятор мог определить какой именно тип использовать.

В шаблонах можно использовать несколько параметрических типов, и конечно же можно смешивать параметрические типы со стандартными (только нужно позаботиться о правильном приведении типов). Приведу пример в котором используется два параметрических типа TypeA, TypeB и базовый тип int:

template <class TypeA, class TypeB>
TypeB example_function (TypeA a, TypeB b)
{
  int x = 5;
  b = a + x;
  return b;
}

Но шаблонные функции - не самое интересное, что мы сегодня рассмотрим.

Шаблонные классы

В общем-то шаблонные классы создаются почти так же как и шаблонные функции - перед именем класса записывается ключевое слово template. Шаблонные классы рассмотрим на примере стека:

template <class Type>
class stack
{
private:
  int top;
  Type s[10];

public:
  stack (): top(0)
  {}

  void push(Type var)
  {
    top++;
    s[top] = var;
  }

  Type pop();
};

template <class Type>
Type stack::pop()
{
  Type var = s[top];
  top--;
  return var;
}
Здесь мы опре

делили стек из десяти элементов. Эти элементы могут быть какого угодно типа, об этом чуть-чуть ниже.

Единственное на что хочу обратить ваше внимание: определение функций push и pop. Функция push определена внутри класса, а функция pop - снаружи. Для всех функции объявлённых за пределами класса, нужно обязательно указывать ключевое слово template. Выражение перед именем функции совпадает с тем, которое указывается перед именем класса.

Теперь посмотрим как работать с шаблонными классами:

stack<int> s1;
stack<float> s2;

s1.push(3);
s1.push(2);
s1.pop();

s2.push(0.5);

При создании объекта, после имени класса нужно поставить угловые скобки, в которых указать нужный тип. После этого объекты используются так, как мы привыкли.

У шаблонных классов есть одна потрясающая особенность - кроме стандартных типов, они могут работать и с пользовательскими. Рассмотрим небольшой пример. Для этого определим простой класс warrior:

class warrior
{
public:
  int health;
  warrior () : health(0) {}
};

stack<warrior> s;

warrior w1;
warrior w2;
warrior w3;

s.push(w1);
s.push(w3);

s.pop();
s.push(w2);

Смотрите, теперь в стеках можно размещать переменные типа warrior!!! Возможно вы не поверите мне, но это очень круто! Насколько это круто, вы сможете убедиться когда на основе списков мы будем создавать графы и деревья.

По шаблонам пока всё. Позже разберём более сложные случаи использования шаблонных классов.