- Переопределяемые операции = (присваивание), () (функция), [ ] (индекс), -> (обращение к компоненте класса по указателю) всегда должны быть компонентами класса и не могут быть static.
- Переопределяемые операции new и delete должны быть static - компонентами класса.
В остальном к переопределяемым операциям предъявляются те же требования, что и к функциям.
5.1. Шаблоны функций
Часто встречаются функции, реализующие одни и те же действия для аргументов различных типов. Например, сортировка массива по возрастанию его элементов может выполняться одним и тем же методом и для данных типа int и для данных типа double. Различие состоит только в типах параметров и некоторых внутренних переменных.
В более поздние версии С++ включено специальное средство, позволяющее параметризовать определение функции, чтобы компилятор мог построить конкретную реализацию функции для указанного типа параметров функции. Параметризованное определение функции строится по схеме:
template < class имя_класса >Заголовок функции { /* Тело функции */ }Имя класса является параметром и задается идентификатором, локализованным в пределах определения функции. Хотя бы один из параметров функции должен иметь тип, соответствующий этому идентификатору.
Параметризованное определение функции сортировки массива методом перестановок может быть построено следующим образом:
template <class T > void sort ( T a[ ], int n ) { T temp; int sign; for ( int k = 0; k > n; k++) { sign = 0; for ( i = 0; i <n - k; i++) if ( a [ i ] > a [ i + 1]) { temp = a [ i ]; a[ i ] = a[ i + 1 ]; a[ i + 1 ] = temp; sign++; } if ( sign == 0 ) break;} return; }Если в программе будут объявлены массивы
int aint [10];double afl [20];Если элементами массива являются объекты какого-либо определенного программистом класса, для которого определена операция отношения >, то функция sort может быть вызвана и для такого массива. Разумеется, в объектном коде программы будут присутствовать все варианты реально вызывамой функции sort. Параметризация функции сокращает объем исходного текста программы и повышает его надежность.
В описателе template можно указывать несколько параметров вида class имя_типа, а также параметры базовых типов. Например, функция
template < class T1, class T2 >void copy ( T1 a[ ], T2 b[ ], int n) { for ( int i = 0; i <n; i++) a[ i ] = b [ i ] ;}5.2. Шаблоны классов
По аналогии с параметризованной функцией можно построить параметризованное описание класса, позволяющее создавать экземпляры классов для конкретных значений параметров. Параметризованный класс описывается следующим образом:
template <class T >class описание классаКак и для функций, в описателе template может быть задано несколько параметров. В самом описание класса имена параметров используются как имена типов данных, типов параметров функций и типов значений, возвращаемых функциями.
В качестве примера приведем описание класса stack, предназначенного для построения стеков фиксированного максимального размера с элементами произволного типа.
enum BOOLEAN ( FALSE, TRUE );template <class Type >class stack { private:enum ( EMPTY = -1 ); Type* s; /* Указатель на массив стека */ int max_len; /* Максимальная длина стека */ int top; /* Индекс элемента в вершине стека */ public: stack ( ) : max_len ( 100 ) /* конструктор без параметров */{ s = new Type [ 100 ]; top = EMPTY; } stack ( int size ) : max_len( size ) /* Второйконструктор */ { s = new Type [ size ]; top = EMPTY; } ~stack ( ) { delete [ ] s; } /* Деструктор */ void reset ( ) { top = EMPTY; } /* Очиститьстек */ void push ( Type c ) { s [ ++top ] = c; } Type pop ( ) { return (s [top—] } Type top_of ( ) { return ( s [top ] } BOOLEAN empty ( ) { return BOOLEAN ( top == EMPTY ) } BOOLEAN full ( ) { return BOOLEAN ( top == max_len ) }};Следует отметить, что в этом примере с целью сокращения исходного текста не предусмотрен контроль выхода за пределы стека в методах push и pop.
Чтобы создать экземпляр параметризованного объектного типа, нужно уточнить имя типа значением параметра в угловых скобках:
stack < int > stack_of_int (50); /* Стекна 50 элементовтипа int */
stack < myClass > stmc (20); /* Стекна 20 элементовтипа myClass */
В приведенном примере все компоненты-функции определены в описании класса. Когда полное определение функции-члена класса задается вне описания класса, оно должно уточняться описателем template. Например, если бы метод top_of был определен вне описания класса, определение имело бы вид:
template < class Type >
Type top_of ( ) { return s [ top ];}
Отметим некоторые специфические черты описаний параметризованных классов.
Если в параметризованном классе определены friend-функции, то когда такая функция не зависит от параметра, будет использоваться единственная friend-функция для всех значений параметра, а когда friend-функция зависит от параметра, будет использоваться своя friend-функция для каждого значения параметра.
Если в параметризованном классе имеются статические (static) компоненты, то для каждого значения параметра будет использоваться свой экземпляр статической компоненты.
6.1. Система классов ввода-вывода
Система ввода-вывода С++ основывается на концепции потоков данных, поток представляет собой, с одной стороны, последовательность данных, с другой стороны поток рассматривается как переменная некоторого объектного типа. Это позволяет вынести общие свойства и операции процессов ввода-вывода в определения базовых классов. Ввод-вывод из файлов и консоли, как правило, выполняется с использованием буфера и получение данных программой или вывод данных сводится к пересылке данных из одной области памяти в другую. Реальное обращение к внешним устройствам происходит только при исчерпании данных в буфере (при вводе) или при заполнении буфера (при выводе).
Система классов ввода-вывода С++ использует два базовых класса: класс ios и класс streambuf.
В классе ios определены данные, характеризующие состояние потока, и функции, позволяющие получить доступ к информации о состоянии потока или изменить его состояние. Состояние потока определяется набором битовых флагов, для обращения к отдельным флагам в классе ios описаны перечислимые константы:
- биты состояния (статуса) потока
enum io_state { goodbit = 0x00, // никакие биты не установлены, все хорошо eofbit = 0x01, // конец файла failbit = 0x02, // ошибка в последней операции ввода/вывода badbit = 0x04, // попытка выполнить неверную операцию hardfail = 0x80 // неисправимая ошибка };- биты режима использования потока (режима ввода/вывода)
enum open_mode { in = 0x01, // поток открыт для чтения out = 0x02, // поток открыт для записи ate = 0x04, // перейти в конец файла при открытии app = 0x08, // режим добавления в конец файла trunc = 0x10, // усечение существующего файла nocreate = 0x20, // ошибка открытия файла, если он не существует noreplace = 0x40, // ошибка открытия, если файл существует binary = 0x80 // двоичный (не текстовый) файл };- флаги направления позиционирования в потоке
enum seek_dir { beg=0, cur=1, end=2 };- флаги - манипуляторы управления вводом/выводом
enum { skipws = 0x0001, // пропускать пробелы при вводе left = 0x0002, // выравнивание влево при выводе right = 0x0004, // выравнивание вправо при выводе internal = 0x0008, // пробел после знака или основания системы счисления dec = 0x0010, // преобразование в десятичную систему счисления oct = 0x0020, // преобразование в восьмеричную систему счисления hex = 0x0040, // шестнадцатеричное преобразование showbase = 0x0080, // использовать индикатор системы счисления при выводе showpoint = 0x0100, // указывать десятичную точку при выводе //(в числах с плавающей точкой) uppercase = 0x0200, // прописные буквы при шестнадцатеричном выводе showpos = 0x0400, // добавлять '+' для положительных целых scientific= 0x0800, // применять нотацию вида 1.2345E2 fixed = 0x1000, // применять нотацию вида 123.45 unitbuf = 0x2000, // очищать все потоки после вставки в поток stdio = 0x4000, // очищать stdout, stderr после вставки в поток boolalpha = 0x8000 // вставлять/извлекать булевы как текст или цифры };Поскольку эти перечислимые константы объявлены как компоненты класса ios, для доступа к ним требуется уточнение контекста, например, ios::in.
Класс streambuf обеспечивает создание и использование буфера ввода-вывода и содержит компоненты-данные для управления буфером и методы доступа к данным в буфере. Объект класса ios содержит указатель на связанный с ним объект streambuf.
Классы istream и ostream являются производными от класса ios, в них определены функции, выполняющие ввод (istream) и вывод (ostream) данных базовых типов и строк.
В классе istream определены операции бесформатного ввода (без преобразования вводимых данных)и операции форматного ввода с преобразованием из внешнего представления во внутреннее.
Функции get() читают из потока данные типа char в массив, определяемый первым параметром, второй параметр задает максимальное число вводимых символов (l), третий параметр устанавливает символ-ограничитель, ограничивающий ввод. За последним введенным символом в массив пишется символ ‘\0’.
istream _FAR & _RTLENTRY get( char _FAR *, int l, char = '\n');istream _FAR & _RTLENTRY get( signed char _FAR *, int l, char = '\n');istream _FAR & _RTLENTRY get( unsigned char _FAR *, int l, char ='\n');Функции read() выполняют чтение из потока и занесение в массив указанного числа символов
istream _FAR & _RTLENTRY read( char _FAR *, int l);istream _FAR & _RTLENTRY read( signed char _FAR *, int l);istream _FAR & _RTLENTRY read(unsigned char _FAR *, int l);Для ввода строки, заканчивающейся символом-ограничителем, служит функция getline() при этом символ-ограничитель также заносится в массив
istream _FAR & _RTLENTRY getline( char _FAR *, int, char = '\n');istream _FAR & _RTLENTRY getline( signed char _FAR *, int, char= '\n');istream _FAR & _RTLENTRY getline(unsigned char _FAR *, int, char= '\n');Для извлечения из потока данных типа char вплоть до символа-ограничителя служит вариант функции get():
istream _FAR & _RTLENTRY get(streambuf _FAR &, char = '\n');Другие варианты функции get() обеспечивают извлечение одного символа
istream _FAR & _RTLENTRY get( char _FAR &);istream _FAR & _RTLENTRY get( signed char _FAR &);istream _FAR & _RTLENTRY get(unsigned char _FAR &);int _RTLENTRY get(); // возвращает значение символаint _RTLENTRY peek(); // возвращает следующий символ без удаления его из потокаint _RTLENTRY gcount(); // число символов, извлеченных из потока // возвращение указанного символа в поток вводаistream _FAR & _RTLENTRY putback(char);Пропуск символов с остановкой по ограничителю выполняет функция