研究生のためのC++ no.4

C++ For Researchers
研究生のためのC++
企画・立案難波知宏

テンプレート
第四回
2

関数テンプレート
第一節
3

関数テンプレートとは
4
Sample 4-1

5
そうだ、max関数を作ろう

sample 4-1-1
int max(int x, int y) {
return (x > y) ? x : y;
}
6
Sample 4-1
従来のプログラム
double版も欲しくなった
e ? a : b
 e が true のとき a
false のとき b を返す

sample 4-1-1
int max(int x, int y) {
}
double max(double x, double y) {
}
7
Sample 4-1
データ型が違うだけで
同じ処理なのに、
別々に記述
何とかして一つに
まとめられないか?

8
テ
ン
プ
レ
ー
ト
で
で
き
ま
す
よ

sample 4-1-2
template <typename Type>
Type max(Type x, Type y)
{
}
9
Sample 4-1
テンプレートを使って一つにまとめる
データ型に依存
しない関数
template <…>
を関数の前につけると、
関数テンプレートになる.

テンプレート引数の明示指定
Sample 4-2
10

sample 4-2-1
{
}
int main()
{
double c = max(7, 3.0); // Compile error!
}
11
Sample 4-2
次のプログラムはコンパイルエラーになります。
テンプレート引数Typeを
intとdoubleのどちらに
したらいいかわからない!
コンパイラ

sample 4-2-1
{
}
int main()
{
double c = max<double>(7, 3.0); // OK.
}
12
Sample 4-2
<…>でテンプレート引数の型を指定すればよい。
実は、テンプレート引数
が省略された場合、
コンパイラが自動で
推論しているんだよね
コンパイラ

関数テンプレートの特殊化
13
Sample 4-3

14
string型でもmax関数が動くようにしたい

15
そんでもって
string型の場合は、長さが大きい方を返したい

sample 4-3-1
#include <string>
Type max(Type x, Type y) {
}
int main()
{
char* d = max<char*>("hoge", "hogehoge");// NG (Unexpected result).
}
16
Sample 4-3
期待通りに
ならない

sample 4-3-2
#include <string>
Type max(Type x, Type y) {
}
template <>
char* max(char* x, char* y) {
return (strlen(x) > strlen(y)) ? x : y;
}
int main() {
char* d = max<char*>("hoge", "hogehoge"); // OK.
}
17
Sample 4-3
特殊化をすれば、文字列専用の処理ができる
テンプレート引数がchar*
の場合は、例外的にこの
関数が呼ばれる

クラステンプレート
第二節
18

19
クラスにもテンプレートの概念を適用できます

クラステンプレートとは
20
Sample 4-4

21
そうだ。ベクトルクラスつくろう

sample 4-4-1/Vector3.h
class Vector3
{
public:
Vector3() … { … }
Vector3(float x, float y, float z) … { … }
static float dot(Vector3 a, Vector3 b) { … }
float x, y, z;
};
Vector3 operator +(Vector3 a, Vector3 b) { … }
22
Sample 4-4
前回作ったベクトルクラス(の一部)
float以外でも使えるようにしたい

sample 4-4-2/Vector3.h
template <typename T>
class Vector3
{
(省略)
T x, y, z;
};
23
Sample 4-4
テンプレートベクトルクラス
template <…>
をクラス定義の前につけると、
クラステンプレートになる.
データ型に依存
しないクラス

クラステンプレートの特殊化
24
Sample 4-5

25
関数テンプレートと同じように、クラステンプレート
も特殊化ができます(省略)

テンプレートのからくり
第三節
26

テンプレートの型引数ごとに別個にコードを生成
27

sample 4-6-1
#include <iostream>
template <typename T> void func() {}
int main()
{
printf("<int> -> %p¥n", func<int>);
printf("<double> -> %p¥n", func<double>);
}
実行結果
<int> -> 0095100F
<double> -> 00951014
28
関数のアドレスを調べればわかる
func<int>が出現した
時点でfunc<int>を
コンパイル時に生成
コンパイラ

void f() { /* ... */ }
class C { /* ... */ };
30
テンプレート
データ型に依存しない関数・クラスを作る仕組み
template <…>
を関数の前につけると
関数テンプレートを定義
template <…>
をクラスの前につけると
クラステンプレートを定義

void f() { /* ... */ }
class C { /* ... */ };
int main()
{
f<int>();
C<int> c;
}
31
テンプレート引数の指定
f<…>
C<…>
でテンプレート引数を
明示的に指定

言語比較 <ジェネリック編>
おまけ
32

ジェネリック機能比較
C++ C# Java
実体の生成
タイミング
コンパイル時実行時
コンパイル時にキャストを挿
入し非ジェネリックに変換、
つまり実体は一つ
パフォーマンス
◎
(実体別に最適化)
○
×
(キャストによるオーバーヘッ
ドが発生)
コンパイル後の
コード共有
×
(プログラムサイズが爆発
する原因)
○
○
(実体は一つしかない)
組み込み型の
ジェネリック引数
○
○
(組み込み型の
ジェネリックはク
ラス型のものと
は別に生成)
×
(クラス型のみ○)
33
このページに詳しく書いてあります

sample 4-7-1/main.cpp
#include <iostream>
template <typename T> class C
{
public:
template <typename U> static void F() {}
};
int main()
{
C<int>::F<double>();
printf("%s¥n", typeid(C<int>).name());
printf("%s¥n", typeid(C<double>).name());
}
実行結果
class C<int>
class C<double>
34
おまけ
C++のジェネリック（テンプレート）

sample 4-7-2/Program.cs
using System;
class C<T>
{
public static void F<U>() { }
}
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
C<int>.F<double>();
Console.WriteLine(typeof(C<int>));
Console.WriteLine(typeof(C<float>));
}
}
実行結果
C`1[System.Int32]
C`1[System.Single]
35
おまけ
C#のジェネリック

sample 4-7-3/Program.java
実行結果
class C
class C
36
おまけ
Javaのジェネリック
型情報が抜け落ちてる…

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