Παραμετροποίηση προγραμμάτων με πρότυπα

Η C++ μας επιτρέπει να δηλώσουμε και να ορίσουμε συναρτήσεις και κλάσεις παραμετροποιημένες ως προς τους τύπους ή τις σταθερές που χρησιμοποιούν. Βάση για τους ορισμούς αυτούς είναι ένα πρότυπο (template). Έχοντας ορίσει μια συνάρτηση ή μια κλάση με μορφή προτύπου μπορούμε στη συνέχεια να τη χρησιμοποιήσουμε για κάποιο συγκεκριμένο τύπο ή σταθερά. Η χρήση αυτή γίνεται αυτόματα μέσα στον πηγαίο κώδικα. Το παρακάτω παράδειγμα ορίζει και χρησιμοποιεί μια συνάρτηση max παραμετροποιημένη ως προς τον τύπο των παραμέτρων και του αποτελέσματός της:

#include <iostream.h>

/*
* Return the maximum of a, b.
* A, b and the return type of max are of type T.
*/
template <class T>
T
max(T a, T b)
{
        if (a > b)
                return (a);
        else
                return (b);
}

main()
{
        cout << max("Samos", "Zambia") << "\n";
        cout << max(3, 42) << "\n";
        cout << max(3.1415, 1.4142) << "\n";
}

Χρησιμοποιούμε πρότυπα:

για να ορίσουμε μια δομή δεδομένων η οποία να δουλεύει για οποιοδήποτε τύπο θέλουμε,
για να ορίσουμε πολυμορφικές συναρτήσεις που να δουλεύουν σε οποιοδήποτε τύπο τις χρησιμοποιήσουμε,
για να επιτύχουμε έλεγχο τύπων σε συναρτήσεις των οποίων οι παράμετροι θα ήταν τύπου void * (π.χ. qsort, bsearch).

Σε αντίθεση με πολυμορφικές συναρτήσεις που ορίζονται με υπερφόρτωση, συναρτήσεις που ορίζονται με πρότυπα απαιτούν έναν μόνο ορισμό για όλους τους πιθανούς τύπους. Ο μεταγλωττιστής αυτόματα υλοποιεί την κάθε συνάρτηση για το συγκεκριμένο τύπο που χρησιμοποιείται. Με τη χρήση των προτύπων αυξάνουμε την ευελιξία του κώδικα που γράφουμε και μειώνουμε το μέγεθος του κώδικα που απαιτείται για μια συγκεκριμένη υλοποίηση.

Ο ορισμός του προτύπου περιέχει μετά τη δεσμευμένη λέξη template μια σειρά τύπων ή παραμέτρων μέσα σε < > που χρησιμοποιούμε για να ορίσουμε τη συγκεκριμένη συνάρτηση ή κλάση. Οι τύποι και οι παράμετροι χωρίζονται μεταξύ τους με κόμμα. Οι τύπου μπορούν να οριστούν ως class όνομα_κλάσης (π.χ. class T) ή ως typename όνομα_τύπου (π.χ. typename T). Οι παράμετροι ορίζονται όπως και στις συναρτήσεις (π.χ. int stacksize). Μέσα στη δήλωση της συνάρτησης ή της κλάσης καθώς και στον ορισμό του σώματός τους μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τα ονόματα που δηλώθηκαν με βάση το πρότυπο σαν να ήταν πραγματικοί τύποι ή σταθερές. Κατά τη χρήση μια κλάσης ή συνάρτησης οι παράμετροι πρέπει να είναι σταθερές.

Το παρακάτω παράδειγμα δηλώνει την πρότυπη κλάση tstack ως μια στοίβα της οποίας ο τύπος των στοιχείων και το μέγεθος ορίζονται με βάση το πρότυπό της και το αντικείμενο instack ως μια στοίβα 20 ακεραίων:

template <class T, int i> class tstack
{
        T data[i];
        int items;
public:
        tstack(void);
        void push(T item);
        T pop(void);
};

tstack <int, 20> intstack;

Η υλοποίηση προτύπων που χρησιμοποιούμε (Microsoft Visual C++ 5.0) απαιτεί ο ορισμός του προτύπου να είναι στο ίδιο αρχείο με τη χρήση του. Για το λόγο αυτό οι κλάσεις και οι συναρτήσεις που ορίζονται με βάση τα πρότυπα ορίζονται και δηλώνονται μέσα σε αρχείο επικεφαλίδων.