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適当なC++テンプレート入門

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はじめまして

Qiitaというものがあるそうじゃないですか、
適当にやったことをまとめようと思いまして、

ところで

C++にはたくさんの型が存在します。
int float char std::string
などなど、自作の型も含めれば無数に存在します。

型というのは不自由なものでして、
型を決定してしまうことで、そのコード自体を不自由にしてしまう可能性があります。

例えばこんな関数

add.cpp
int Add(int a,int b){
    return a+b;
}

Add関数は見ての通りint型のみを受け取り、int型を返す関数になります。
もちろん引数にfloatなどの浮動小数点型を与えた場合はintにキャストされて小数点以下は切り捨てられるってわけですね。

まあ、C++のオーバーロードを使えば同名で多重定義することも可能です

add.cpp
int Add(int a,int b){
    return a+b;
}
float Add(float a,float b){
    return a+b;
}

これによって、intfloat限定でadd関数が使用可能になります。

先に上げたように、型は無数に存在するので
Add関数も無数に書かなければいけません。

ついでにいうと、このままではライブラリの開発者はユーザーがどんな型を使うのか予知する必要があります。

関数テンプレート

プログラマは全員が予言者では無いので、
あらゆる型に対して適応できる万能のコードで書く必要があります

add.cpp
template<typename T>
T Add(T a,T b){
    return a+b;
}

とまあこんな感じで
template<class T>と記述することでTを任意の型として関数内で使用できます。

add.cpp
template<typename T,typename U>
T Add(T a,U b){
    return a+b;
}

二個以上の引数を取ることもできます。
この場合T=UでもT≠Uであってもこの関数が使用できます。

また、この関数の場合+演算子を使用できない型はコンパイル時にエラーが吐き出されます。

テンプレートの特殊化

ある日僕は言われました

「俺はfloatが嫌いだ!そのAdd関数、floatの時だけ減算の処理をしてくれ!」

おまかせください。テンプレートには特定の型だけ違う処理をするテンプレートの特殊化の機能があります。

add.cpp
template <typename T>
T add(T a,T b){
    return a + b;
}

template <>
float add(float a,float b){
    return a - b;
}

こんな感じでfloatだけ別の処理にすることもできます。

関数クラスメンバエイリアステンプレート

テンプレートには実は何種類かあります

  • 関数テンプレート
  • クラステンプレート
  • メンバテンプレート
  • エイリアステンプレート

関数テンプレート

さっきのAdd関数とか

add.cpp
template <typename T>
T add(T a,T b){
    return a + b;
}

割と使う

クラステンプレート

クラスと共に暮らす

myclass.cpp
template <typename T>
class myclass{
public:
    T value;
};

宣言の仕方はmyclass<int>のように宣言し、
テンプレート引数に指定した型を持つようになる。

メンバテンプレート

正直、関数テンプレートとほとんど同じ

myclass2.cpp
class myclass2{
public:
    int nanika;

public:

    template<typename T>
    T Function(T a,T b);

};

メンバ関数にも関数テンプレートは使用できる。それだけ

エイリアステンプレート

C++11からtypedefをusingで記述できるようになった

typedef TypographicError typo;
using typo = TypographicError;

これら2つは同様の意味を持つ。

そしてusingを使ったエイリアスにはテンプレートを使用できる

UsingTemplate.cpp
template<typename T,typename U>
T Add2(T a,U b);

template <typename T>
using Add1 = Add2<T,T>;

このように、型のエイリアスの作成、テンプレート引数の再編成などが行える。
でもC++11から

まとめ

テンプレートを用いることで汎用的なプログラムコードを作成できる。
ここまで読んでくれた人はきっと既にテンプレートなしでは生きられない体になっているだろう。
テンプレートマスターになって再利用しやすいコードを書こう!

まあ、テンプレートの真の力はこんなものでは無いんだけどね。
それは又の機会に…

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