4. Objektorientierte Programmierung mit C++

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1 4. Objektorientierte Programmierung mit C++ Einführung C++ / Entwicklung der Sprachfamilie Erweiterungen der Sprache C: Ein- und Ausgabe, Referenzen, Speicherallokation und Freigabe Grundlagen des Typkonzepts von C++ Ziele der Objektorientierung Klassen und Objekte Konstruktoren, Copy-Konstruktor, Destruktor und Wertzuweisung Verwendung und Überladen von Operatoren Elementobjekte und Elementobjektkonstruktoren Static-Elementobjekte und -Methoden Klassenhierarchien und Vererbung Polymorphie Abstrakte Klassen Templates Peter Sobe 1

2 Templates - Überblick Template Funktionen Template Klassen Ein Template ist ein Muster, das als Vorlage für typspezifische Funktionen und Objekte dient. R.Grossmann, P. Sobe 2

3 Funktionstemplates (1) Anwendung, wenn eine Funktion in mehreren Varianten für verschiedene Datentypen benötigt wird. Beispiel: tausch(a,b) void tausch(int &a, int &b) { int t; t=a; a=b; b=t; } void tausch(float &a, float &b) { float t; t=a; a=b; b=t; } // jeweils eine weitere tausch Funktion // für jeden weiteren Datentyp Anstatt für jeden Datentyp eine eigene Funktion zu erstellen, wird ein Funktionstemplate erstellt. template <class T> void tausch(t &a, T &b) { T temp; temp=a; a=b; b=temp; } R.Grossmann, P. Sobe 3

4 Funktionstemplates (2) Das vorangestellte template <class T> führt T als Platzhalter für den jeweiligen Typ ein. Benutzung: main() { int a=1,b=2; float x=3.14f, y=2.11f; tausch(a,b); // Int-Variante tausch (x,y); // Float-Variante } Templates werden zur Übersetzungszeit in einen typspezifischen Code umgewandelt Der Compiler erzeugt für jeden Funktionsaufruf den typspezifischen Code R.Grossmann, P. Sobe 4

5 Funktionstemplates (3) Ein Funktionstemplate erzeugt eine Familie von Funktionen in Abhängigkeit der benutzen Datentypen. Der Datentyp wird als Templateargument übergeben. Es können noch weitere Konstanten (z.b. Feldgrößen) angegeben werden. Man spricht auch von parametrierten Funktionen. Die Templatedefinition formuliert/definiert diese Funktionen in Abhängigkeit von noch unbestimmten Datentypen, die erst durch den Aufruf explizit vorgegeben oder implizit ermittelt werden. Wenn ein Funktionsaufruf mit speziellen Datentypen erkannt wird, dann wird die Funktion für diese Argumente erzeugt, indem die noch unbestimmten Argumenttypen durch die tatsächlich benötigten ersetzt werden. R.Grossmann, P. Sobe 5

6 Template Klassen (1) Syntax bei einem einzelnen Typparameter: template <typename T> class Classname { // übliche Klassendeklaration und -definition // mit T anstelle des Typbezeichners, z.b. private: T element; public: int operator < (T a); }; Wenn eine Methode oder ein Operator außerhalb der Klassendeklaration definiert werden, dann folgende Syntax: template <typname T> int Classname::operator < (T a) {, return ;} typename oder class sind äquivalent R.Grossmann, P. Sobe 6

7 Template Klassen (2) Nach dem Schlüsselwort template können in < > eingefasst auch mehrere Typparameter, sowie weitere Parameter folgen. template <typename T1, typename T2, int parameter > class Classname { }; Mehrere Typparameter werden aber nur selten eingesetzt. R.Grossmann, P. Sobe 7

8 Template Klassen (3) template <typename T, int Groesse> class Array { private: T objekte[groesse]; public: Array(); T &getobjekt(int Index) { return objekte[index]; } void setobjekt(const T &Objekt, int Index) { objekte[index]= Objekt; } }; Eine Instanz der Klasse Array, mit konkretem Datentyp int und Größe 10, erstellt man wie folgt: Array<int,10> meinarray; // hier explizite Instanziierung, vgl. implizite Instanziierung // bei tausch-funktion R.Grossmann, P. Sobe 8

9 Beispiel: Klasse Stack als Template (1) Vorbetrachtung: Hier wird ein typvariabler Stack durch eine vorherige Definition des Typs item geschaffen. typedef char item ; // konkreter Typ wird festgelegt class stack { private: item *st; int p; public: stack(int m=100) {st = new item[m]; p=0;} void push(item v) {st[p++]= v; } Diese Varainte versagt, wenn mehrere Stacks in einem Programm benötigt werden. R.Grossmann, P. Sobe 9

10 Beispiel: Klasse Stack als Template (2) nun als Template mit Typ-Parameter und der maximalen Default- Elementeanzahl template <class Typname1, int max_size> class stack { private: Typename1 *st; int p; public: stack() {st = new Typename1[max_size]; p=0;} ~stack() { delete st; } void push(typname1 v) {st[p++]= v;} Typname1 pop() {return st[--p];} int empty() {if (p==0) return 1; else return 0; } }; R.Grossmann, P. Sobe 10

11 Beispiel: Klasse Stack als Template (3) Benutzung: stack<int,40> integerstack; stack<float,100> *ptr = 0; ptr = new stack<float,100>; delete ptr; Aber auch Objekte aus neu definierten Klassen können im Stack verwaltet werden: class Koffer { }; Koffer k1, k2, k3; stack <Koffer,32> s; s.push(k1);. R.Grossmann, P. Sobe 11

12 Templates und Vererbung (1) Templates und Klassenhierarchien können problemlos kombiniert werden. Eine typische Kombination ist die Basisklasse als Template. Abgeleitete Klassen spezialisieren Basisklasse, ohne jedoch den Typparameter aufzulösen. template <class T> class sortdynfeld: public dynfeld<t> { Es können auch typspezifische Methoden zusätzlich zur Template-Basisklasse angegeben werden. Diese werden dann aufgerufen, wenn das Template mit der passenden Klasse instantiiert und die jeweilige Methode gerufen wird. R.Grossmann, P. Sobe 12

13 Templates und Vererbung (2) Spezialisierung durch typspezifische Methoden: Zum Beispiel eine geordnete Liste als Template, die für den Typ float eine umgekehrte Sortierreihenfolge vornimmt: template <> int sortdynfeld<float>::insert(float element) { } Beispiele siehe templatedemo.cpp R.Grossmann, P. Sobe 13