Вложенные типы шаблонов классов
Шаблон класса QueueItem применяется только как вспомогательное средство для реализации Queue. Чтобы запретить любое другое использование, в шаблоне QueueItem имеется закрытый конструктор, позволяющий создавать объекты этого класса исключительно функциям-членам класса Queue, объявленным друзьями QueueItem. Хотя шаблон QueueItem виден во всей программе, создать объекты этого класса или обратиться к его членам можно только при посредстве функций-членов Queue.
Альтернативный подход к реализации состоит в том, чтобы вложить определение шаблона класса QueueItem в закрытую секцию шаблона Queue. Поскольку QueueItem является вложенным закрытым типом, он становится недоступным вызывающей программе, и обратиться к нему можно лишь из шаблона класса Queue и его друзей (например, оператора вывода). Если же сделать члены QueueItem открытыми, то объявлять Queue другом QueueItem не понадобится.
Семантика исходной реализации при этом сохраняется, но отношение между шаблонами QueueItem и Queue моделируется более элегантно.
Поскольку при любой конкретизации шаблона Queue требуется конкретизировать тем же типом и QueueItem, то вложенный класс должен быть шаблоном. Вложенные классы шаблонов сами являются шаблонами классов, а параметры объемлющего шаблона можно использовать во вложенном:
template <class Type>
class Queue:
// ...
private:
class QueueItem {
public:
QueueItem( Type val )
: item( val ), next( 0 ) { ... }
Type item;
QueueItem *next;
};
// поскольку QueueItem - вложенный тип,
// а не шаблон, определенный вне Queue,
// то аргумент шаблона <Type> после QueueItem можно опустить
QueueItem *front, *back;
// ...
};
При каждой конкретизации Queue создается также класс QueueItem с подходящим аргументом для Type. Между конкретизациями шаблонов QueueItem и Queue имеется взаимно однозначное соответствие.
Вложенный в шаблон класс конкретизируется только в том случае, если он используется в контексте, где требуется полный тип класса. В разделе 16.2 мы упоминали, что конкретизация шаблона класса Queue типом int не означает автоматической конкретизации и класса QueueItem<int>. Члены front и back – это указатели на QueueItem<int>, а если объявлены только указатели на некоторый тип, то конкретизировать соответствующий класс не обязательно, хотя QueueItem вложен в шаблон класса Queue. QueueItem<int> конкретизируется только тогда, когда указатели front или back разыменовываются в функциях-членах класса Queue<int>.
Внутри шаблона класса можно также объявлять перечисления и определять типы (с помощью typedef):
template <class Type, int size>
class Buffer:
public:
enum Buf_vals { last = size-1, Buf_size };
typedef Type BufType;
BufType array[ size ];
// ...
}
Вместо того чтобы явно включать член Buf_size, в шаблоне класса Buffer объявляется перечисление с двумя элементами, которые инициализируются значением параметра шаблона. Например, объявление
Buffer<int, 512> small_buf;
устанавливает Buf_size в 512, а last – в 511. Аналогично
Buffer<int, 1024> medium_buf;
устанавливает Buf_size в 1024, а last – в 1023.
Открытый вложенный тип разрешается использовать и вне определения объемлющего класса. Однако вызывающая программа может ссылаться лишь на конкретизированные экземпляры подобного типа (или элементов вложенного перечисления). В таком случае имени вложенного типа должно предшествовать имя конкретизированного шаблона класса:
// ошибка: какая конкретизация Buffer?
Buffer::Buf_vals bfv0;
Buffer<int,512>::Buf_vals bfv1; // правильно
Это правило применимо и тогда, когда во вложенном типе не используются параметры включающего шаблона:
template <class T> class Q {
public:
enum QA { empty, full }; // не зависит от параметров
QA status;
// ...
};
#include <iostream>
int main() {
Q<double> qd;
Q<int> qi;
qd.status = Q::empty; // ошибка: какая конкретизация Q?
qd.status = Q<double>::empty; // правильно
int val1 = Q<double>::empty;
int val2 = Q<int>::empty;
if ( val1 != val2 )
cerr << "ошибка реализации!" << endl;
return 0;
}
Во всех конкретизациях Q значения empty одинаковы, но при ссылке на empty необходимо указывать, какому именно экземпляру Q принадлежит перечисление.
Упражнение 16.8
Определите класс List и вложенный в него ListItem из раздела 13.10 как шаблоны. Реализуйте аналогичные определения для ассоциированных членов класса.
