Модульное программирование. Шаблоны функций

Перегрузка функций
Перегрузка функций
Часто бывает удобно, чтобы функции, реализующие один и тот же алгоритм для различных типов данных, имели одно и тоже имя. Метафора имени распространяется на все типы данных.

Перегрузка функций
Использование нескольких функций с одним и тем же именем, но с различными типами параметров, называется перегрузкой функций.
Компилятор самостоятельно определяет, какую именно функцию требуется вызвать, по типу фактических параметров.
Этот процесс называется разрешением перегрузки.

Перегрузка функций
Тип возвращаемого результата в разрешении не участвует.
Рассмотрим примеры:
int max(int, int);
int max(int, *char);
long max(char *, int);
char *max(char *, char *);

Перегрузка функций
При вызове функции компилятор выбирает соответствующий типу фактических параметров вариант функции.
Если точного соответствия не найдено, выполняется преобразования в соответствие со стандартом языка, например, bool и char в int, float в double, etc. Далее выполняются преобразования, заданные пользователем, а также поиск соответствий за счет параметров по умолчанию.

Перегрузка функций
Если ни одного соответствия не найдено, выдается диагностическое сообщение об ошибке.
Неоднозначность может появиться в следующих случаях:
при преобразовании типов;
при использовании параметров-ссылок;
при использовании аргументов по умолчанию;
при использовании модификатора const перед именем параметра.

Перегрузка функций
Следующие функции нельзя считать перегруженными:
int max(int, int);
double max(int, int);
long max(int, const int);
int max(int, int &);

Перегрузка функций
Следующий пример показывает неоднозначность при наличии параметров по умолчанию.
int f(int a){return a;}
int f(int a, int b=1){return a*b;}
сout << f(10,2); // вызывается f(int a, int b=1)
сout << f(10); // неоднозначность

Перегрузка функций
Неоднозначность возникает при неопределенности преобразований, например,
float f(float);
double f(double);
f(10); // к какому типу преобразовывать, к типу float или double ?

Перегрузка функций
- функции не могут быть перегруженными, если описание их параметров отличается только модификатором const или использованием ссылки.
С перегрузкой функций мы встретимся при перегрузке операций в классах.
Перегрузку функций часто называют слабой формой полиморфизма.

Шаблоны функций
*Шаблоны функций
В С++ есть мощное средство параметризации алгоритма – шаблоны функций. С помощью него можно определять алгоритм, который применим к различным типам данных, а конкретный тип данных передается функции в виде параметров на этапе компиляции.
Шаблонные функции автоматически перегружают самих себя.

Шаблоны функций
Общий формат объявления шаблонной функции:
template
заголовок
{
// тело функции
}
- список параметров шаблона.
Слово class в списке заменимо на слово typename.

Шаблоны функций
В общем случае список шаблона может содержать несколько типов, например,
template class B, int i> void f()
{
// ….
}

Шаблоны функций
В качестве первого примера шаблона функции вспомним функцию swap:
template
void swap(Type &arg_1, Type &arg_2)
{
Type temp;
temp = arg_1;
arg_1 = arg_2;
arg_2 = temp;
}

Шаблоны функций
Вызов этой функции может быть осуществлен двумя способами:
- как вызов обычной функции без спецификации параметров шаблона
int a=10, b=20;
swap(a,b);
double x=3.45, y=-5.88;
swap(x,y);

Шаблоны функций
- со спецификацией параметров шаблона
int a=120, b=-45;
swap
(a,b);
Обратите внимание на то, что после имени функции перед списком фактических параметров в угловых скобках указывается список «фактических» типов параметров шаблона. Если предполагается несколько типов, в списке их нужно перечислить через запятую.

Шаблоны функций
В качестве параметров шаблона функции могут выступать как стандартные типы, так и типы, определенные пользователем. Однако здесь необходимо учитывать особенность, что в типе данных, определенных пользователем (структура, класс), необходимо перегрузить те операции, которые использует шаблонная функция.

Шаблоны функций
Рассмотрим пример
class Test
{
protected:
float test;
public:
Test(){};
Test(float ):test(t){};
Test operator *(const Test &t)
{ return this->test*t.test; }
friend ostream &operator <<(ostream &, const Test &);
};

Шаблоны функций
ostream &operator <<(ostream &out, const Test &t)
{
out << t.test;
return out;
}
// шаблон функции умножения
template
Type
mult(Type arg_1, Type arg_2)
{ return arg_1*arg_2; }

Шаблоны функций
// вызов функции для пользовательского типа
Test tst_1(3.4F), tst_2(-4.55F);
cout << mult(tst_1,tst_2) << endl;
Как говорилось ранее, можно явно указать тип передаваемого параметра
cout << mult
(tst_1,tst_2) << endl;

Шаблоны функций
Этот шаблон может быть использован и при работе со стандартными типами данных:
float f_1 =1.11F, f_2=3.33F;
cout << mult
(f_1,f_2) << endl;
Большую возможность предоставляют шаблонные классы, которые позволяют параметризировать не только алгоритм, но и типы данных, с которыми работают эти алгоритмы.

Шаблоны функций
Рассмотрим пример несложного шаблонного класса.
template
class Test
{
protected:
Type test;
public:
Test(){};
Test(Type t):test(t){};
Test operator *(const Test
&t);
friend ostream &operator << <>(ostream &, const Test
&);
};

Шаблоны функций
Реализация составных и дружественных функций шаблонного класса:
template
ostream &operator <<(ostream &out, const Test
&t)
{
out << t.test;
return out;
}
template
Test
Test
:: operator *(const Test
&t)
{
return this->test*t.test;
}

Шаблоны функций
Объявление объектов шаблонных классов и их использование:
Test
tst_int_1=10, tst_int_2=200;
cout << tst_int_1*tst_int_2 << endl;
Test
tst_double_1(77.84), tst_double_2(4.1);
cout << tst_double_1*tst_double_2 << endl;

Шаблоны функций
Функция в качестве возвращаемого результата
Мы знаем, что функция не может вернуть в качестве результата массив и другую функцию, но указатели на них вернуть может. Рассмотрим простой пример возврата указателя на функцию.

Шаблоны функций
#include
using namespace std;
double mult(double d)
{
return d*2;
}
typedef double (*PF)(double);

Шаблоны функций
PF func()
{
return mult;
}
int main()
{
PF ptr_fun = func();
cout << ptr_fun(55.6478) << endl;
return 0;
}

Функция main
Функция, которой передается управление после запуска (вызова) программы на исполнение, должна иметь имя main. Она может возвращать результат в вызвавшую ее систему (операционную систему) и принимать параметры из внешнего окружения.

Функция main
Стандарт предусматривает два формата функции:
тип main()
{ // ……. }
тип main(int argc, char *argv[])
{ // ……..}
Тип результата int. Возвращаемое значение – 0.

Функция main
Пример вызова функции main с параметрами из командной строки:
d:\CPP\program_main.exe one two three

Директивы препроцессора
* Директивы препроцессора
Препроцессором называется первая фаза компиляции. Инструкции (команды) препроцессора называются директивами. Они должны начинаться с символа ‘#’.
Директива include
Директива include<имя_файла> осуществляет подстановку указанного файла в точку, где она записана.

Директивы препроцессора
Поиск указанного файла начинается со стандартного каталога include, имеющегося в любой реализации языка. После чего осуществляется поиск в текущем каталоге.
Пользователь может заставить препроцессор искать включаемый файл с текущего каталога, если имя укажет в двойных кавычках: #include”name_file.h”

Директивы препроцессора
Заголовочные файлы обычно имеют расширение h и могут содержать:
- определение типов, встроенных функций, шаблоны, перечисления;
- объявления (прототипы) функций, данных, имен, шаблонов;
- пространства имен;
- директивы препроцессора;
- комментарии.

Директивы препроцессора
В заголовочных файлах не должно быть определение функций и данных. Их принято выносить в файлы реализации. Это не требования языка, это рекомендация.
При указании имен файлов стандартной библиотеки расширение можно опускать. Для большинства старых версий файлов, заимствованных от языка С, в языке С++ есть аналоги файлов без расширения, например,
stdlib.h и cstdlib, stdio.h и cstdio, и т.д.

Директивы препроцессора
#include”file_name.h”
file_name_main.cpp
Файл основной программы, содержащий функцию main
file_name_1.cpp
file_name_2.cpp
………………………….
file_name_n.cpp
Файлы реализации
file_name.h
Заголовочный файл(ы)

Директивы препроцессора
Директива #define
Директива define определяет подстановку в тексте программы. Она используется для определения:
- символических констант:
#define имя текст_подстановки,
Например,
#define PI 3.14
В любом контексте символьная константа PI будет интерпретироваться как число 3.14.

Директивы препроцессора
- макросов, которые выглядят как функции, но реализуются подстановкой из текста в текст программы:
#define имя(параметры) тект_подсановки
Например,
#define sqr(x) (x*x)
Использование макросов вносит свои сложности в программы, в частности, особенности передачи аргументов.

Директивы препроцессора
Например, для описанного макроса вызов cout << sqr(y+1) << endl;
приведет к получению числа 6, для правильного ответа нужно вызвать следующим образом
cout << sqr((y+1)) << endl;
Макросы и символические константы заимствованы из языка С, в С++ они не получили широкого применения.

Директивы препроцессора
- символов, управляющих условной трансляцией. Они используются совместно с директивами #ifdef и #ifndef.
Общий формат:
#define имя
Например,
#define VERSION 1
#define h_file “head_file.h”

Директивы препроцессора
Имена, объявляемые через директиву define рекомендуется писать прописными символами, чтобы зрительно отличать их от других программных объектов (переменных, функций).

Директивы препроцессора
Директивы условной трансляции
Директивы условной трансляции #if, #ifdef, #ifndef применяются для того, чтобы исключить компиляцию отдельных частей программы. Это бывает полезно при отладке или при поддержке нескольких версий программ для различных платформ.

Директивы препроцессора
Формат директивы #if:
#if константное_выражение
…..
[ #elif константное_выражение ]
…..
[ #elif константное_выражение ]
……
[ #else ]
#endif

Директивы препроцессора
Исключаемые блоки могут содержать как описания, так и исполняемые операторы. Пример условно исключения различных версий заголовочного файла:
#ifdef VERSION == 1
#define INCLFILE “vers_1.h”
#elif VERSION == 2
#define INCLFILE “vers_2.h”
#else
#define INCLFILE “vers_N.h”
#endif
#include INCFILE

Директивы препроцессора
В константных выражениях может использоваться проверка, определена ли константа с помощью директивы difine, например:
#if defined(__BORLANDC__) &&
__BORLAND__ ==0530 // BC5.3
typedef istream_iterator
istream_it;
#else
typedef istream_iterator
istream_iter;

Директивы препроцессора
И еще одно применение директив условной трансляции – временное комментирование фрагмента кода. Иногда используется в целях отладки.
Предопределенные макросы
В С++ определено некоторое количество макросов , предназначенных в основном для того, чтобы выдавать информацию о версии программы или месте возникновения ошибки.

Предопределенные макросы
Например, макрос __splusplus определен, если программа компилируется в среде С++.
#ifdef __cplusplus
cout << " C++ " << endl;
#else cout << " no C++ " << endl;
#endif
Это макрос использовался в период перехода от С к С++.

Предопределенные макросы
Другие макросы:
- __DATE__ - содержит строку с текущей датой (месяц, день, год), например,
cout << __DATE__ << endl;
- __FILE__ - содержит строку с полным именем текущего файла, например,
cout << __FILE__ << endl;

Предопределенные макросы
- __LINE__ - текущая строка исходного текста;
- __TIME__ - текущее время.

Предопределенные макросы