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C++ テンプレート

C++ テンプレート

テンプレートは汎用プログラミングの基礎であり、特定の型に依存しない方法でコードを記述します。

テンプレートは、ジェネリック クラスまたは関数を作成するための設計図または式です。イテレータやアルゴリズムなどのライブラリ コンテナは汎用プログラミングの例であり、どちらもテンプレートの概念を使用します。

すべてのコンテナには、 Vectorなどの単一の定義があり 、 Vector<int> や Vector<string>など、さまざまな種類のベクトルを定義できます 。

テンプレートを使用して関数とクラスを定義できます。その使用方法を見てみましょう。

関数テンプレート

テンプレート関数定義の一般的な形式は次のとおりです。

template <typename type> ret-type func-name(parameter list) 
{ 
   // 関数の本体
}  

ここで、 type は関数で使用されるデータ型のプレースホルダー名です。この名前は関数定義で使用できます。

以下は、最大 2 つの数値を返す関数テンプレートの例です。

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

template <typename T>
inline T const& Max (T const& a, T const& b) 
{ 
    return a < b ? b:a; 
} 
int main ()
{
 
    int i = 39;
    int j = 20;
    cout << "Max(i, j): " << Max(i, j) << endl; 

    double f1 = 13.5; 
    double f2 = 20.7; 
    cout << "Max(f1, f2): " << Max(f1, f2) << endl; 

    string s1 = "Hello"; 
    string s2 = "World"; 
    cout << "Max(s1, s2): " << Max(s1, s2) << endl; 

   return 0;
}

上記のコードをコンパイルして実行すると、次の結果が生成されます。

最大(i, j): 39
最大(f1, f2): 20.7
最大(s1, s2): ワールド

クラステンプレート

関数テンプレートを定義するのと同じように、クラス テンプレートも定義できます。ジェネリック クラス宣言の一般的な形式は次のとおりです。

template <クラスタイプ> class クラス名 { 
. 
。
。
}

ここで、type は クラスのインスタンス化時に指定できるプレースホルダー型名です。カンマ区切りリストを使用して、複数の汎用データ型を定義できます。

次の例では、クラス Stack<> を定義し、スタックから要素をプッシュおよびポップする汎用メソッドを実装します。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <cstdlib>
#include <string>
#include <stdexcept>

using namespace std;

template <class T>
class Stack { 
  private: 
    vector<T> elems;     // 元素 

  public: 
    void push(T const&);  // 入栈
    void pop();               // 出栈
    T top() const;            // 返回栈顶元素
    bool empty() const{       // 如果为空则返回真。
        return elems.empty(); 
    } 
}; 

template <class T>
void Stack<T>::push (T const& elem) 
{ 
    // 追加传入元素的副本
    elems.push_back(elem);    
} 

template <class T>
void Stack<T>::pop () 
{ 
    if (elems.empty()) { 
        throw out_of_range("Stack<>::pop(): empty stack"); 
    }
	// 删除最后一个元素
    elems.pop_back();         
} 

template <class T>
T Stack<T>::top () const 
{ 
    if (elems.empty()) { 
        throw out_of_range("Stack<>::top(): empty stack"); 
    }
	// 返回最后一个元素的副本 
    return elems.back();      
} 

int main() 
{ 
    try { 
        Stack<int>         intStack;  // int 类型的栈 
        Stack<string> stringStack;    // string 类型的栈 

        // 操作 int 类型的栈 
        intStack.push(7); 
        cout << intStack.top() <<endl; 

        // 操作 string 类型的栈 
        stringStack.push("hello"); 
        cout << stringStack.top() << std::endl; 
        stringStack.pop(); 
        stringStack.pop(); 
    } 
    catch (exception const& ex) { 
        cout << "Exception: " << ex.what() <<endl; 
    } 
}  

上記のコードをコンパイルして実行すると、次の結果が生成されます。

7
こんにちは
例外: Stack<>::pop(): 空のスタック

C++ プリプロセッサ

C++ プリプロセッサ

プリプロセッサは、実際のコンパイルの前にどのような前処理を行うかをコンパイラに指示するディレクティブです。

すべてのプリプロセッサ ディレクティブはシャープ記号 (#) で始まり、プリプロセッサ ディレクティブの前に使用できるのはスペース文字のみです。前処理ディレクティブは C++ ステートメントではないため、セミコロン (;) で終わりません。

これまでのすべての例に #include ディレクティブがあることがわかりました。このマクロは、ヘッダー ファイルをソース ファイルにインクルードするために使用されます。

C++ は、#include、#define、#if、#else、#line などの多くの前処理ディレクティブもサポートしています。これらの重要なディレクティブを見てみましょう。

#前処理を定義する

#define 前処理ディレクティブは、シンボリック定数を作成するために使用されます。この記号定数は通常マクロと呼ばれ、命令の一般的な形式は次のとおりです。

#define マクロ名の置換テキスト 

このコード行がファイルに出現すると、プログラムがコンパイルされる前に、ファイル内に出現する後続のすべてのマクロが置換テキストに置き換えられます。例えば：

#include <iostream>
using namespace std;

#define PI 3.14159

int main ()
{
 
    cout << "Value of PI :" << PI << endl; 

    return 0;
}

次に、このコードをテストして、前処理の結果を確認してみましょう。ソース コード ファイルがすでに存在すると仮定して、-E オプションを使用してコンパイルし、結果を test.p にリダイレクトします。ここで、test.p ファイルを見ると、すでに多くの情報が含まれており、ファイルの下部の値が次のように変更されていることがわかります。

$gcc -E test.cpp > test.p 

... 
int main () 
{ 
 
    cout << "PI の値 :" << 3.14159 << endl; 

    0を返します。
}

関数マクロ

#define を使用すると、次のようなパラメータを含むマクロを定義できます。

#include <iostream>
using namespace std;

#define MIN(a,b) (((a)<(b)) ? a : b)

int main ()
{
   int i, j;
   i = 100;
   j = 30;
   cout <<"The minimum is " << MIN(i, j) << endl;

    return 0;
}

上記のコードをコンパイルして実行すると、次の結果が生成されます。

最小値は 30 です

条件付きコンパイル

プログラム ソース コードの一部を選択的にコンパイルするために使用できるディレクティブがいくつかあります。このプロセスは条件付きコンパイルと呼ばれます。

条件付きプリプロセッサの構造は、if 選択構造と非常によく似ています。次のプリプロセッサ コードを考えてみましょう。

#ifndef NULL 
   #define NULL 0 
#endif

デバッグ時のみコンパイルできます。デバッグ スイッチは次のようなマクロで実装できます。

#ifdef デバッグ
   cerr <<"変数 x = " << x << endl; #endif

#ifdef DEBUG 指令の前に記号定数 DEBUG が定義されている場合、プログラム内の cerrステートメントは コンパイルされます。次のように #if 0 ステートメントを使用してプログラムの一部をコメントアウトできます。

#if 0 
#endif
   をコンパイルしないコード

次の例を試してみましょう。

#include <iostream>
using namespace std;
#define DEBUG

#define MIN(a,b) (((a)<(b)) ? a : b)

int main ()
{
   int i, j;
   i = 100;
   j = 30;
#ifdef DEBUG
   cerr <<"Trace: Inside main function" << endl;
#endif

#if 0
   /* 这是注释部分 */
   cout << MKSTR(HELLO C++) << endl;
#endif

   cout <<"The minimum is " << MIN(i, j) << endl;

#ifdef DEBUG
   cerr <<"Trace: Coming out of main function" << endl;
#endif
    return 0;
}

上記のコードをコンパイルして実行すると、次の結果が生成されます。

トレース: main 関数内
最小値は 30
トレース: main 関数から出てくる

# および ## 演算子

# および ## 前処理演算子は、C++ と ANSI/ISO C の両方で使用できます。# 演算子は、置換テキスト トークンを引用符で囲まれた文字列に変換します。

次のマクロ定義を参照してください。

#include <iostream>
using namespace std;

#define MKSTR( x ) #x

int main ()
{
    cout << MKSTR(HELLO C++) << endl;

    return 0;
} 

上記のコードをコンパイルして実行すると、次の結果が生成されます。

こんにちはC++

どのように機能するかを見てみましょう。当然のことながら、C++ プリプロセッサは次の行を挿入します。

cout << MKSTR(HELLO C++) << endl;

に変換：

cout << "HELLO C++" << endl;

## 演算子は、2 つのトークンを連結するために使用されます。以下に例を示します。

#define CONCAT( x, y ) x ## y

CONCAT がプログラム内に出現すると、その引数が連結されてマクロの代わりに使用されます。たとえば、次の例に示すように、プログラム内の CONCAT(HELLO, C++) は「HELLO C++」に置き換えられます。

#include <iostream>
using namespace std;

#define concat(a, b) a ## b
int main()
{
   int xy = 100;
   
   cout << concat(x, y);
   return 0;
}

上記のコードをコンパイルして実行すると、次の結果が生成されます。

100

どのように機能するかを見てみましょう。当然のことながら、C++ プリプロセッサは次の行を挿入します。

cout << concat(x, y);

に変換：

cout << xy;

C++ の事前定義マクロ

C++ には、次の表に示すように、いくつかの事前定義マクロが用意されています。

大きい	説明
__ライン__	これには、プログラムのコンパイル時の現在の行番号が含まれます。
__ファイル__	これには、プログラムのコンパイル時の現在のファイル名が含まれます。
__日にち__	これには、ソース ファイルがオブジェクト コードに変換された日付を表す月/日/年の形式の文字列が含まれます。
__時間__	これには、プログラムがコンパイルされた時刻を表す時:分:秒の形式の文字列が含まれます。

上記のマクロの例を見てみましょう。

#include <iostream>
using namespace std;

int main ()
{
    cout << "Value of __LINE__ : " << __LINE__ << endl;
    cout << "Value of __FILE__ : " << __FILE__ << endl;
    cout << "Value of __DATE__ : " << __DATE__ << endl;
    cout << "Value of __TIME__ : " << __TIME__ << endl;

    return 0;
}

上記のコードをコンパイルして実行すると、次の結果が生成されます。

__LINE__ の値 : 6 
__FILE__ の値 : test.cpp 
__DATE__ の値 : 2011 年 2 月 28 日
__TIME__ の値 : 18:52:48