Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах и улицах «Добрая дорога детства» 2
Скачать 84.42 Kb.
|
| Лекция 6. Шаблоны функций и классов. Исключения. ШАБЛОНЫ ФУНКЦИЙ Шаблоны являются инструментом ООП, позволяющим использовать одни и те же функции или классы для обработки разных типов данных. Концепция шаблонов может быть реализована как по отношению к функциям, так и по отношению к классам. Допустим, требуется написать функцию вычисления модуля чисел. int abs(int n) { if (n<0) return –n; else return n; } Описанная функция берет аргумент типа int и возвращает результат того же типа. Если нужно найти модуль числа типа float, то придется писать ещё одну функцию: float abs(float n) { if (n<0) return –n; else return n; } Тело функций при этом ничем не отличается. Эти функции могут быть перегружены и иметь одинаковые имена, но все равно для каждой из них нужно писать отдельное определение. Многократное переписывание таких функций-близнецов утомляет и способствует порождению ошибок. А если где-то нужно исправить алгоритм, придется исправлять его в теле каждой функции. Шаблоны функций в С++ как раз и существуют для того, чтобы можно было написать алгоритм всего один раз и заставить его работать с различными типами данных возвращая результаты разного типа. Следующий пример показывает, как пишется шаблон функции, вычисляющей модуль числа и как он потом используется. template T abs(T n ) // { // if (n<0) return –n; // else return n; // } // int main { int a = –10, b; float x = 3, y; b = abs(a); // теперь функция abs( ) может работать с любым типом данных y = abs(x); } Заданная таким образом функция abs( ) может работать с любыми типами данных, если для них определен оператор < и унарный оператор -. Типы данных определяются функцией при передаче аргумента. Сутью концепции шаблонов функций является представление использующегося функцией типа не в виде какого-то специфического, а с помощью названия, вместо которого может быть подставлен любой тип. Ключевое слово template сообщает компилятору о том, что определяется шаблон функции.  Рисунок 1. Сущность шаблона функции. Генерация кода при определении шаблона не происходит до тех пор, пока функция не будет реально вызвана в ходе исполнения программы. Когда компилятор увидит вызов такой функции, он сгенерирует код для функции, поставив в неё нужный тип данных. Компилятор принимает решение о том, как именно компилировать функцию, основываясь только на типе данных используемого в шаблоне аргумента. Тип данных, возвращаемый функцией, не играет при этом роли. В шаблоне функции можно использовать несколько шаблонных аргументов. Шаблонные функции можно перегружать. Когда компилятор встречает вызов какой-то функции, для его разрешения он следует такому алгоритму
ШАБЛОНЫ КЛАССОВ Шаблонный принцип можно расширить и на классы. В этом случае шаблоны используются, когда класс является хранилищем данных. Пусть, например, имеется класс типа стек, для хранения чисел типа int. class Stack { private: int st[max]; // целочисленный массив int top; // индекс вершины стека public: Stack( ); // конструктор void push(int var); // аргумент типа int int pop( ); // возвращает значение типа int }; Если теперь нужно будет хранить в стеке значения типа float, придется написать новый класс. class Stack { private: float st[max]; // массив int top; // индекс вершины стека public: Stack( ); // конструктор void push(float var); // аргумент типа float float pop( ); // возвращает значение типа float }; Подобным же образом пришлось бы создать классы для хранения данных каждого типа. Для преодоления этого ограничения и используются шаблоны классов. template class Stack { private: Type st[max]; // массив любого типа int top; // индекс вершины стека public: Stack( ); // конструктор void push(Type var); // аргумент любого типа Type pop( ); // возвращает значение любого типа }; Здесь Stack является шаблонным классом. Идея шаблонных классов во многом сходна с идеей шаблонных функций. Шаблоны классов отличаются от шаблонов функций способом реализации. Для создания шаблонной функции она вызывается с аргументами нужного типа. Классы реализуются с помощью определения объекта, использующего шаблонный аргумент. Stack Такое выражение создаст переменную s1. В нашем случае это будет стек, в котором хранятся числа типа float. На рисунке показано, как шаблоны классов и определения конкретных объектов приводят к занесению этих объектов в память.  Рисунок 2. Шаблон класса. Если методы класса определяются вне его спецификации, то они становятся, по сути, шаблонами функций, и определять их надо именно так. Например, конструктор класса стек из предыдущего примера будет описан так: template Stack { top = -1; } то есть выражение template <class Type> должно предварять не только определение класса, но и каждый определённый вне класса метод. В библиотеке С++ Standard Template Library реализовано множество шаблонов стандартных типов данных (списки, векторы, очереди, реализованные как шаблоны классов) и стандартных методов (накопление, поиск и сортировка и др.). Подробнее узнать о них можно из литературы. УПРАВЛЕНИЕ ИСКЛЮЧЕНИЯМИ Исключения позволяют применить объектно-ориентированный подход к обработке возникающих в классах ошибок. Под исключениями понимаются ошибки, возникающие во время работы программы. Они могут быть вызваны различными обстоятельствами, такими как выход за пределы массива, ошибка открытия файла, инициализация объекта некорректным значением и т.д. В нормальной ситуации вызовы методов классов не приводят ни к каким ошибкам. Но иногда в программе возникает ошибка, которую обнаруживает сам метод. Например, это может быть проверка на выход за пределы индексов массива. И тогда метод информирует программу о случившемся – генерирует исключительную ситуацию. В приложении при этом создается отдельная секция кода, в которой задаются операции по обработке ошибок - этот блок называют обработчиком исключительных ситуаций (см рисунок).  Рисунок 3. Механизм исключений. Механизм исключений использует три служебных слова: catch, throw и try. Ниже приводится пример программы, демонстрирующий механизм исключений. #include using namespace std; const int MAX = 3; //в стеке максимум 3 целых числа /////////////////////////////////////////////////////////// class Stack { private: int st[MAX]; //стек: целочисленный массив int top; //индекс вершины стека public: class Range //класс исключений для Stack { //внимание: тело класса пусто }; //--------------------------------------------------------- Stack() //конструктор { top = -1; } //--------------------------------------------------------- void push(int var) { if(top >= MAX-1) //если стек заполнен, throw Range(); //генерировать исключение st[++top] = var; //внести число в стек } //--------------------------------------------------------- int pop() { if(top < 0) //если стек пуст, throw Range(); //исключение return st[top--]; //взять число из стека } }; /////////////////////////////////////////////////////////// int main() { Stack s1; try { s1.push(11); s1.push(22); s1.push(33); // s1.push(44); //Опаньки! Стек заполнен cout << "1: " << s1.pop() << endl; cout << "2: " << s1.pop() << endl; cout << "3: " << s1.pop() << endl; cout << "4: " << s1.pop() << endl; //Опаньки! Стек пуст } catch(Stack::Range) //обработчик { cout << "Исключение: Стек переполнен или пуст"< } cout << "Приехали сюда после захвата исключения (или нормального выхода" << endl; return 0; } В приведенном примере класс исключение описывается внутри класса Stack следующим образом class Range { }; Тело класса пусто, в данном случае он создается исключительно ради имени класса. Оно используется для связывания выражения генерации исключения throw с улавливающим блоком catch. В классе Stack исключение возникает, когда приложение пытается извлечь значение из пустого стека, или положить значение в уже заполненный стек. Чтобы сообщить приложению о том, что оно выполнило недопустимую операцию с объектом, методы этого класса проверяют условия с использованием if и генерируют исключение, если условие выполняется. В примере исключение генерируется в двух местах, с помощью выражения throw Range( ); Все выражения, в который могут произойти ошибки, заключены в фигурные скобки, перед которыми стоит слово try. Этот блок называется блоком повторных попыток. Код, в котором содержатся операции по обработке ошибок, заключается в фигурные скобки и начинается со слова catch. В скобках указывается имя класса обрабатываемого исключения. В примере это catch(Stack::Range). Если класс ошибки не важен (то есть нужно обработать любую ошибку), то в скобках указываются три точки catch(…). Классы исключений не обязательно объявлять внутри класса, они могут и не принадлежать другим классам. Можно в качестве классов исключений использовать и встроенные типы данных. Можно спроектировать класс и таким образом, чтобы он генерировал несколько исключений. В приведенном ниже примере описан класс стека, который генерирует разные исключения для ситуаций пустого и заполненного стека. #include using namespace std; const int MAX = 3; //в стеке может быть до трех целых чисел /////////////////////////////////////////////////////////// class Stack { private: int st[MAX]; //стек: массив целых чисел int top; //индекс верхушки стека public: class Full { }; //класс исключения class Empty { }; //класс исключения //--------------------------------------------------------- Stack() //конструктор { top = -1; } //--------------------------------------------------------- void push(int var) //занести число в стек { if(top >= MAX-1) //если стек полон, throw Full(); //генерировать исключение Full st[++top] = var; } //--------------------------------------------------------- int pop() //взять число из стека { if(top < 0) //если стек пуст, throw Empty(); //генерировать исключение Empty return st[top--]; } }; /////////////////////////////////////////////////////////// int main() { Stack s1; try { s1.push(11); s1.push(22); s1.push(33); // s1.push(44); //Опаньки: стек уже полон cout << "1: " << s1.pop() << endl; cout << "2: " << s1.pop() << endl; cout << "3: " << s1.pop() << endl; cout << "4: " << s1.pop() << endl; //Опаньки: стек пуст } catch(Stack::Full) { cout << "Ошибка: переполнение стека" << endl; } catch(Stack::Empty) { cout << "Ошибка: стек пуст" << endl; } return 0; } Существуют и более сложные конструкции использования исключений. Такие как, например, исключения с аргументами. Они предназначены для передачи в программу дополнительных сведений о том, что привело к возникновению исключительной ситуации. Познакомиться с ними можно, обратившись к специальной литературе. ВОПРОСЫ К ЛЕКЦИИ 6 1. Шаблоны позволяют удобным способом создать семейство а) переменных; б) функций; в) классов; г) программ. 2. Истинно ли утверждение, что шаблоны автоматически создают разные версии класса в зависимости от введенных пользователем данных? 3. Напишите шаблон функции, всегда возвращающей свой аргумент, умноженный на 2. 4. Шаблонный класс: а) работает с разными типами данных; б) генерирует идентичные объекты; в) генерирует классы с различным числом методов 5. Истинно ли утверждение, что шаблон может иметь несколько аргументов? 6. Реальный код шаблонной функции генерируется при: а) объявлении функции в исходном коде; б) вызове функции в исходном коде; в) запуске функции во время работы программы. 7. В каких случаях целесообразни прибегать к шаблонным классам? 8. При работе с механизмом исключений в С++ используются следующие ключевые слова: ____, ______, ____ . 9. Напишите выражение, генерирующее исключение, используя класс BoundsError. 10. Исключения передаются а) из блока-ловушки в блок повторных попыток; б) из выражения, создавшего исключительную ситуацию, в блок повторных попыток; в) из точки, где возникла ошибка, в блок-ловушку. 11. Истинно ли утверждение о том, что программа может продолжить свое выполнение после возникновения исключительной ситуации? ЗАДАНИЕ К ЛЕКЦИИ 6
Создать шаблон функции, обменивающей местами значения двух передаваемых ей по ссылке аргументов. Создать шаблон функции, осуществляющей сортировку данных массива. Аргументами функции должны быть имя и размер массива (типа int). Продемонстрировать работу шаблонов на данных различных типов, в том числе, на данных вновь созданного класса – вектор на плоскости, определив для него операции сравнения.
|
Добавить документ в свой блог или на сайт
