EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2018/2019 TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội Chapter 11: Lập trình khái quát (Generic programming) 1
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2018/2019
TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Chapter 11: Lập trình khái quát
(Generic programming)
1
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2018/2019
TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Khuôn mẫu hàm
(Function templates)
2
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2018/2019
TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
General
Đôi khi ta muốn viết một lần nhưng có thể tạo ra các hàm
với tham số thuộc nhiều kiểu khác nhau, thay vì phải viết
chồng nhiều hàm tương tự nhau int max(int a, int b) { return a>b ? a:b; }
double max(double a, double b) { return a>b ? a:b; }
float max(float a, float b) { return a>b ? a:b; }
lập trình ở mức độ khái quát cao hơn: coi kiểu của biến cũng là
tham số (type parameterization)
Khuôn mẫu hàm (function template): là khái niệm giúp
định nghĩa những hàm mà chưa xác định kiểu của các
tham số
Có thể hiểu là viết gộp chung các hàm chồng giống nhau về mặt
thuật toán
Kiểu của các tham số là tham số của khuôn mẫu
3
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2018/2019
TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Định nghĩa hàm khái quát
Ví dụ 1: template <typename T>
T max(T a, T b)
{ return (a > b) ? a : b; }
T được giả định là kiểu của các tham số a, b và biến c
T sẽ được xác định khi gọi hàm
T là tham số của khuôn mẫu, trong khi a, b là tham số của hàm
Ví dụ 2: template <typename Containter, typename Object>
void push(Containter& s, Object o) {...}
Có thể dùng từ khoá “class” thay vì “typename” template <class T>
void swap(T& a, T& b) {...}
4
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2018/2019
TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Gọi hàm khái quát
Gọi với kiểu tường minh: max<int>(a, b);
max<double>(x, y);
swap<String&>(s1, s2);
swap<Worker*&>(p1, p2);
push<List&, Student>(l, st);
Gọi với kiểu ngầm định: int a, b;
double x, y;
max(a, b); // max<int>(a, b);
max(x, y); // max<double>(x, y);
max(a, x); // lỗi
5
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2018/2019
TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Chồng hàm khái quát
Các khuôn mẫu hàm cũng có thể được định nghĩa
chồng template <typename T> T max(T a, T b) { ... }
template <typename T> T max(T a, T b, T c) { ... }
template <typename T> T max(T* arr, int n) { ... }
Gọi hàm chồng max<int>(10, 20);
max('c', 'f');
max<double>(1.5, 2.1, 3.14);
max("1un34k", 6);
6
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2018/2019
TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Cá biệt hoá hàm khái quát
Có thể định nghĩa các phiên bản cho trường hợp riêng
của một hàm khái quát template<typename T> T max(T a, T b) {
return a>b ? a:b; }
template<> const char*
max(const char* s1, const char* s2) {
return strcmp(s1, s2) == 1 ? s1:s2; }
Cá biệt hoá không hoàn toàn template <typename Containter, typename Object>
void push(Containter& s, Object o) {...}
template <typename Object>
void push(Stack& s, Object o) { ... }
7
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2018/2019
TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Không chỉ khái quát hoá kiểu của tham số…
Khái quát hoá kiểu trả về template <typename Worker, typename Product>
Product makeProd(Worker& w) {
w.work();
return w.getResult();
}
Khái quát hoá kiểu của biến cục bộ template <typename List, typename Iterator>
void forEach(const List& l) {
Iterator i = l.first();
for (; i!=l.last(); i = i.next())
doSmth(i.get());
}
8
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2018/2019
TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Tham số của khuôn mẫu không chỉ là kiểu...
Có thể là các giá trị sử dụng giá trị đó như hằng template<typename Object, int N>
Object* makeArray() {
return new Object[N]; }
string* p1 = makeArray<string, 5>();
SinhVien* p2 = makeArray<SinhVien, 10>();
Cả giá trị và kiểu cùng là tham số template<typename T, T min, T max>
T range(T t) {
return t<min ? min :
(t>max ? max : t);
}
y = range<double, -1.5, 2.>(x);
b = range<int, 10, 20>(a);
9
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2018/2019
TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Lưu ý khi dùng các hàm khái quát
Phần thực thi của các khuôn mẫu hàm chỉ thực sự được biên dịch
khi có thông tin về kiểu
nếu viết khuôn mẫu hàm trong thư viện thì cả nguyên mẫu và
phần thực thi của hàm đều viết trong file .h
(có thể viết riêng phần thực thi ra một file khác rồi include vào file .h)
Khi sử dụng tham số thuộc kiểu gì thì trình biên dịch mới sinh ra hàm
tương ứng với kiểu tham số đó int a = 10, b = 20;
swap(a, b); // sinh ra: void swap(int&, int&) {...}
swap<float>(x, y); // void swap(float&, float&) {...}
Có thể khi dùng ở trường hợp cụ thể mới phát sinh lỗi cú pháp template <typename T> T divide(T a, T b)
{ return a/b; }
double z = divide(1.5, 0.5); // OK
const char* c = divide("ssss", "dddd"); // lỗi
10
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2018/2019
TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Khuôn mẫu lớp
(Class templates)
11
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2018/2019
TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Khái niệm
Tương tự với hàm, các lớp cũng có thể được khái quát
hoá khuôn mẫu lớp
Lớp được khai báo sử dụng những kiểu chưa xác định
và được tham số hoá template <typename Object>
class Array {
private:
int N;
Object* p;
public:
void setAt(int i, Object o) {...}
Object& operator[](int i) {...}
...
};12
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2018/2019
TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Phương thức bên ngoài khuôn mẫu lớp
13
template<typename Object>
class Array {
private:
int N;
Object* p;
public:
Array(int N);
~Array();
void setAt(int i, Object o);
int length() const;
Object& operator[](int i);
};
template<typename Object>
Array<Object>::Array(int N) {
this->N = N;
p = new Object[N]; }
template<typename Object>
Array<Object>::~Array()
{ delete[] p; }
template<typename Object>
void Array<Object>::
setAt(int i, Object o)
{ p[i] = o; }
template<typename Object>
int Array<Object>::length() const
{ return N; }
template<typename Object>
Object& Array<Object>::
operator[](int i)
{ return p[i]; }
Các phương thức ở ngoài được khai báo tương tự như các khuôn
mẫu hàm
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2018/2019
TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Sử dụng đối tượng của lớp khái quát
Ví dụ: Array<double> a(10);
for (int i=0; i<10; i++)
a.setAt(i, i*2);
typedef Array<string> StrArray;
StrArray s(2);
s[0] = string("abcd");
s[1] = string("12345");
Kết hợp khuôn mẫu lớp và hàm template<typename Object>
void printArray(Array<Object> &a) {
for (int i=0; i<a.length(); i++)
cout << a[i];
}
printArray(s);
14
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2018/2019
TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Hàm bạn và lớp bạn
Bạn riêng của từng lớp tương ứng template<typename T>
class Array {
...
friend void sort(Array<T>& a);
friend class Serializer<T>;
};
Bạn chung của tất cả các lớp template<typename T>
class A {
...
friend void func1();
template<typename X> friend int func2();
friend class B;
};
15
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2018/2019
TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Cá biệt hoá lớp khái quát
template<typename Key, typename Data> class Map {
...
Data find(Key k);
};
// cá biệt hoá hoàn toàn
template<> class Map<int, int> {
...
int find(int k);
};
// cá biệt hoá không hoàn toàn
template<typename Data> class Map<int, Data> {
...
Data find(int k);
};
16
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2018/2019
TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Giá trị mặc định của tham số khuôn mẫu
Các tham số của khuôn mẫu lớp có thể có giá trị mặc
định template<typename Object = int, int N = 100>
class Pool {
...
};
Pool<> p1; // Pool<int, 100> p1;
Pool<string> p2; // Pool<string, 100> p2;
Pool<double, 20> p3;
Chú ý: chỉ khuôn mẫu lớp mới có giá trị mặc định của
tham số, khuôn mẫu hàm không có(*)
17
* Tuy nhiên, đã được bổ sung trong C++11
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2018/2019
TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Biến static của lớp khái quát
Mỗi lớp được sinh ra từ khuôn mẫu có biến static riêng
template<typename Data>
class smartptr {
...
static smartptr<Data> nullptr;
};
template<typename Data>
static smartptr<Data> smartptr<Data>::nullptr;
smartptr<string> p1 = smartptr<string>::nullptr;
smartptr<double> p2 = smartptr<double>::nullptr;
Tương tự với các phương thức static
18
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2018/2019
TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Các lớp khái quát liên quan template<typename T> class Iterator;
template<typename T> class List {
...
Iterator<T> begin() { ... }
Iterator<T> end() { ... }
};
template<typename T> class Iterator {
...
T& getData() { ... }
Iterator<T> next() { ... }
};
List<float> l;
...
Iterator<float> i;
for (i = l.begin(); i != l.end(); i = i.next())
cout << i.getData() << endl;
19
EE3490: Kỹ thuật lập trình – HK1 2018/2019
TS. Đào Trung Kiên – ĐH Bách khoa Hà Nội
Bài tập
1. Viết hàm nhập dữ liệu cho mảng có kiểu bất kỳ
2. Viết hàm sắp xếp một mảng bất kỳ theo 2 cách: (C) sử dụng một
hàm so sánh làm cơ sở cho thứ tự sắp xếp, (C++) dùng templatevoid sortC(void* a, int n, int size,
int (*compare)(void*, void*));
template<typename T> void sortCpp(T* a, int n);
3. Viết lớp Stack cho phép chứa dữ liệu kiểu bất kỳ mà không cần
dùng con trỏ void*
4. Sửa lại lớp DSLK cho phép chứa dữ liệu kiểu bất kỳ
5. Sửa lại lớp Iterator cho DSLK ở trên
6. Sửa lớp Vector cho phép làm việc với cả dữ liệu float và double
7. Sửa lớp String cho phép làm việc với cả chuỗi ASCII (char) và
Unicode (wchar_t)
20