C++ Templates

V C++ sú šablóny (templates) mechanizmus generického programovania, ktorý umožňuje písať funkcie alebo triedy parametrizované typom (alebo aj inými hodnotami). Kompilátor pri použití šablóny automaticky „vygeneruje“ konkrétnu verziu pre každý skutočný typ, ktorý sa pri vyvolaní použije.

1. Základná definícia funkčnej šablóny 

template<typename Tp>  // alebo template<class Tp>
void print_vector(vector<Tp> &v) {
    for (auto i : v)
        cout << i << " ";
    cout << endl;
}

  • template<typename Tp> hovorí kompilátoru:

    „Nasledujúca funkcia bude parametrizovaná jedným typovým parametrom Tp.”

  • V tele funkcie potom namiesto konkrétneho int, double či nejakého iného typu používame Tp.

2. Ako kompilátor generuje kód (instantiácia)

Keď v main() napíšete:

vector<int>  vi = {1,2,3};
vector<string> vs = {"a","b","c"};

print_vector(vi);   // Tp := int
print_vector(vs);   // Tp := std::string
  • Kompilátor v momente prvého volania print_vector(vi) vytvorí verziu print_vector<int>(vector<int>&).
  • Pri print_vector(vs) zasa vznikne print_vector<std::string>(vector<std::string>&).
  • Vznikajú teda dve samostatné funkcie – ani jedna nevyžaduje runtime „kontrolu typu”, všetko sa rieši počas prekladu.

3. Výhody funkčných šablón

  1. Žiadne duplicitné písanie kódu
    Nemusíte robiť overloady pre vector<int>, vector<double>, vector<char> atď. – jedna šablóna pokryje všetky.
  2. Typová bezpečnosť
    Ak sa pokúsite zavolať print_vector(42), kompilátor vyhodí chybu, pretože neexistuje vector<Tp> pre jeden int.
  3. Výkon
    Vygenerovaný kód je špecializovaný a optimalizovaný pre konkrétny typ, bez dynamic dispatch či virtuálnych volaní.

4. Použitie viacerých parametrov

Okrem jedného typu môžete mať niekoľko:

template<typename Key, typename Value>
pair<Key, Value> make_pair(const Key& k, const Value& v) {
    return {k, v};
}
  • make_pair<int, string>(42, "abc") vygeneruje pár (int, string).

5. Non-type šablónové parametre

Šablóna môže mať aj hodnotový parameter:

template<typename T, size_t N>
void print_array(const T (&arr)[N]) {
    for (size_t i = 0; i < N; i++)
        cout << arr[i] << " ";
    cout << endl;
}
  • Tu N je konštanta (napr. veľkosť poľa) známa pri kompilácii.

6. Špecializácie

Ak potrebujete pre konkrétny typ zmeniť správanie, definujete špecializáciu:

template<>
void print_vector<bool>(vector<bool> &v) {
    // špeciálna implementácia pre bool (ktoré v STL absence priamych bool&)
}
  • Prázdny <…> za template a typ vo zátvorke hovoria, že ide o špeciálny prípad.

Zhrnutie

  • Šablóna sa definuje kľúčovým slovom template<…>.
  • Typový parameter (typename alebo class) umožňuje písať generický kód.
  • Kompilátor pri použití (instantiácii) vytvorí konkrétne verzie funkcie/triedy.
  • Použitie šablón zvyšuje znovupoužiteľnosť a typovú bezpečnosť bez straty výkonu.