Функции с переменным числом параметров
Многоточие в списке параметров пользовательской функции используется тогда, когда число аргументов заранее неизвестно. При этом неопределенное количество параметров можно указать в ее прототипе следующим образом:
void f1(int a, double b, …);
Такая запись указывает компилятору на то, что за обязательными фактическими аргументами для параметров a и b могут следовать, а могут и не следовать другие аргументы при вызове этой функции.
Перечислим основные особенности использования данного механизма.
1. Используется несколько макрокоманд для доступа к параметрам таких функций, это:
va_list и va_start – макрокоманды подготовки доступа к параметрам;
va_arg – использование параметров;
va_end – отчистка перед выходом.
Они объявлены в заголовочном файле stdarg.h.
2. Такая функция должна иметь минимум один параметр (именованный) для передачи ей количества передаваемых аргументов.
3. Для макроса va_start необходимо передать два аргумента – имя списка параметров, который задает va_list и их количество.
4. Нарушать указанный порядок макрокоманд нельзя. Иначе можно получить непредсказуемые последствия.
5. Для макроса va_arg нужно помимо имени списка параметров передать и предполагаемый тип. При несоответствии типов – ошибка.
Использование многоточий полностью выключает проверку типов параметров. Многоточие необходимо, только если изменяются и число параметров, и их тип.
Следующий пример иллюстрирует эту возможность.
#include <stdarg.h>
#include <stdio.h>
void f1(double s, int n ...) {
int v;
va_list p;
va_start(p, n);
printf(" \n Double S = %lf ", s);
for(int i=1; i<=n; i++) {
v = va_arg(p, int);
printf("\n Argument %d = %d ", i, v);
}
va_end(p);
}
void main(void) {
f1(1.5, 3, 4, 5, 6);
}
В результате получим:
Double S = 1.500000
Argument 1 = 4
Argument 2 = 5
Argument 3 = 6
Press any key to continue
Шаблоны функций
Понятие шаблона функции
Параметризация определений функций позволяет сократить трудоемкость программирования и повысить лаконичность текста.
Механизм шаблонов – средство построения обобщенных определений функций, независимых от используемых типов данных. Их использование избавляет от необходимости дублировать код функции для различных типов данных, составляющих их параметры и возвращаемые результаты. Это позволяет снять достаточно жесткие ограничения, накладываемые механизмом взаимосвязи между формальными параметрами и фактическими аргументами при вызове функции.
Компилятор по заданному в качестве аргумента конкретному типу данных на основе определения шаблона автоматически порождает соответствующие экземпляры или «представители» функций.
Рассмотрим необходимость создания шаблона функции на конкретном примере.
Пусть нужно написать код для определения максимального из пар значений х и у для разных типов значений для этой пары: например, целочисленные данные и пара вещественных данных.
Существуют следующие варианты решения данной задачи.
1. Для ускорения работы программы воспользоваться перегрузкой функций:
int Max(int x, int y) {
return (x>y) ? x : y;
}
double Max(double x, double y) {
return(x>y)? x : y;
}
. . .
int i, j, k;
k = Max(i, j); // Первая функция
double a, b, d;
d = Max(a, b); // Вторая функция
. . .
Идентификаторы функций и их код дублируются, различие только в типах параметров и возвращаемого результата.
2. Вторая возможность – воспользоваться макросом:
#define Max(x, y) ((x>y) ? x : y )
В этом случае недостатки:
– снижается надежность, т.к. при использовании макросов не работает проверка типов аргументов;
– данная подстановка будет выполнена во всех местах, где встретится Max;
– в данной ситуации лучше воспользоваться механизмом шаблонов, основанном на параметризации. Данная параметризация осуществляется при помощи обобщенного определения этой функции шаблоном (template), в котором тип параметров определяют символическим идентификатором (например буквой).
Компилятор, проанализировав передаваемые в функцию аргументы, а именно – их типы, сгенерирует код нужной функции, заменив символическое имя типа параметров на конкретный тип.
Формат шаблона функции:
template список параметров шаблона
декларация функции;
Набор параметризуемых типов определяется списком параметров шаблона. Каждый тип определяется ключевым словом class и локальным в рамках функции идентификатором типа. Список параметров не может быть пустым, а его элементы разделяются запятыми.
Элемент декларация функции – обычное определение (или описание – прототип) функции. В списке ее параметров необходимо упомянуть хотя бы один раз типы параметров из списка шаблона.
Примеры отношений между параметрами шаблона и функции:
1. Шаблон может иметь единственный параметр:
template <class T>
void f1(T par) {
код функции f1
}
При этом символ типа T можно использовать и для спецификации возвращаемого значения, а также для любых других объектов в коде функции. Обязательный пункт – использование T в списке параметров функции выполнен.
Функция может иметь любые типы параметров как параметризованные, так и стандартно декларированные.
2. Шаблон функции с частично параметризованными параметрами:
template <class T>
void f2(T par, int x, int y) {
код функции f2
}
3. Шаблон может иметь несколько параметризованных параметров с разными символическими идентификаторами:
template <class T2, class T1>
void f3(T1 par1, T2 par2) {
код функции f3
}
Порядок следования ID параметров в заголовке функции может отличаться от их декларации в шаблоне.
Использование шаблона функций не требует специальных действий от программиста, т.к. компилятор автоматически формирует требуемый операцией вызова экземпляр кода по набору типов аргументов, которые передаются в функцию. То есть шаблон функции не является ее экземпляром. Только при обращении к функции с аргументами конкретного типа происходит генерация конкретной функции.
Пример нахождения максимума для разных типов аргументов:
#include <iostream.h>
template <class T>
T max(T x, T y) {
return(x>y)? x : y;
}
void main()
{
int i = 2, j = 3;
double x = 1.5, y = 2.5;
cout <<” I = ”<<i<<” J = ”<<j<< “ Max = ”<<max(i, j)<<endl;
cout <<” X = ”<<x<<” Y = ”<<y<<” Max = ”<<max(x,y)<<endl;
}
Результат выполнения программы:
i = 2 j = 3 Max = 3
X = 1.5 y = 2.5 Max = 2.5
Таким образом, шаблон функции избавил копирование ее определения для различных типов данных.
Перегрузка шаблонов функций
Можно перегружать функции-шаблоны для неподходящих под данный код шаблона данных, т.к. их использование базируется, как и у обычных функций, на распознавании компилятором различий в списках их параметров.
Кроме того, т.к. код шаблона не меняется, лучше его оформлять отдельным заголовочным файлом, а в функции, которая его использует, подключать его на этапе препроцессорной обработки.
Приведем пример перегрузки шаблонов, состоящей из ограничения использования функции mах для некоторых типов аргументов.
Перегрузка шаблона создается путем явного его определения (специализированная функция) для конкретного типа данных.
Например, для строк шаблон-функция mах не подходит, так как все операции над строками производятся только при помощи библиотечных функций, декларированных в заголовочном файле string.h.
Шаблон функции поиска максимума будет иметь следующий вид:
template <class T>
T max(T x, T y) {
return (x>y)? x : y;
}
Специализированная функция выбора максимальной из двух строк:
char* max(char* x, char* y) {
return (strcmp(x, y)>0) ? x : y;
}
Осуществляется следующая последовательность этапов выбора «экземпляра» перегруженных функций:
1) поиск специализированной (не шаблон) функции с совпадающим списком параметров, и в случае неудачи:
– поиск шаблона функции с точным соответствием списка параметров;
– поиск специальной функции по условию совпадения списка параметров после возможных преобразований типов;
2) поиск завершается выбором нужной функции при совпадении параметров экземпляра функции со списком передаваемых аргументов.
Программа, использующая преобразования шаблонов и специализированных функций, будет иметь следующий вид:
#include <stdio.h>
#include <string.h>
template <class T>
T max(T x, T y) {
return (x>y)? x : y;
}
char* max(char* x, char* y) {
return (strcmp(x, y)>0) ? x : y;
}
void main()
{
int a=7, b=5;
char c1=’a’, c2=’z’;
char s1[]=”one”, s2[]=”two”;
printf(“\n a=%d, b=%d, max=%d \n”, a, b, max(a, b));
printf(“\n c1=%c, c2=%c, max=%c \n”, c1, c2, max(c1, c2));
printf(“\n s1=%s, s2=%s, max=%s \n”, s1, s2, max(s1, s2));
}
При построении шаблонов функций, они, как правило, декларируются прототипами, а в программе определяются в произвольном порядке.
Рассмотрим пример нахождения максимального значения в массивах с данными различных типов.
. . .
template <class T> Maxa(T *z, int n); // прототип шаблона
void main(void) {
int a[100], n;
printf("\n Input n < 100 : ");
scanf("%d", &n);
for( int i=0; i<n; i++) {
printf("\n a[%d] = ", i+1);
scanf("%d", &a[i]);
}
printf("\n Max int = %d ", Maxa(a, n));
// Вызывается функция Maxa для типа int
double b[ ] = {0.22, 1.5, 0.88};
printf("\n Max double = %lf ", Maxa(b,3));
// Вызывается функция Maxa для типа double
char Str[ ] = "ABC123abc";
printf("\n Max char = %c ", Maxa(Str, (int)strlen(Str)));
// Вызывается Maxa для типа char
}
// Код шаблона
template <class T>
T Maxa(T *z, int n) {
int imax = 0;
for(int i=1; i<n; i++)
if(z[i]>z[imax]) imax = i;
return (z[imax]);
}
Советы по программированию
При выполнении вариантов заданий придерживайтесь следующих ключевых моментов.
1. Шаблоны функций применяются для записи идентичных действий над данными различных типов.
2. Вызов шаблона – это создание шаблоном конкретного варианта функции.
3. Шаблоны можно перегружать как обычными функциями, так и другими шаблонами.
4. Перегрузкой функций называется использование нескольких функций с одним именем и различными типами параметров.
5. Перегрузка применяется, когда одно и то же по смыслу действие реализуется по-разному для различных типов или структур данных.
6. При написании перегруженных функций необходимо, чтобы в процессе поиска нужного варианта функции по ее вызову не возникало неоднозначности. Неоднозначность может возникнуть из-за преобразований типов, параметров по умолчанию и ссылок.
7. Перегруженные функции должны находиться в одной области видимости, иначе произойдет сокрытие аналогично одинаковым именам переменных во вложенных блоках.
8. Перегруженные функции могут иметь параметры по умолчанию, при этом значения одного и того же параметра в разных функциях должны совпадать. В различных вариантах перегруженных функций может быть различное количество параметров по умолчанию.
9. Функции не могут быть перегружены, если описание их параметров отличается только модификатором const или использованием ссылки.
10. Многоточие в заголовке функции используется тогда, когда число аргументов неизвестно.
11. Многоточие в заголовке функции требует использования макрокоманд для доступа к параметрам таких функций.
12. Нарушать указанный порядок макрокоманд нельзя.
ЗАДАНИЕ 10. Перегрузка функций
Первый уровень сложности
Написать программу для работы с двумя одномерными динамическими массивами размером n. Для формирования массивов и вывода их на печать использовать стандартные потоки. Оформить решение задачи в виде шаблона функций. Глобальные данные в программе не допускаются. Все необходимые данные должны передаваться функциям через параметры (для параметров, соответствующих размерам массивов, используйте умалчиваемые значения). Программа должна демонстрировать использование умалчиваемых значений параметров, а также использование шаблона функций для типов данных int и double.
1. Первым на печать вывести массив, сумма значений которого окажется наименьшей.
2. Первым на печать вывести массив, произведение значений которого окажется наименьшим.
3. В каждом из массивов найти наименьшее значение и прибавить его ко всем элементам массивов. На печать вывести исходные и преобразованные массивы.
4. В каждом из массивов найти наибольшее значение и вычесть его из всех элементов массивов. На печать вывести исходные и преобразованные массивы.
5. В каждом из массивов найти среднее арифметическое всех элементов массивов. На печать вывести исходные массивы и найденные значения.
6. Первым на печать вывести массив, содержащий наименьшее значение. Напечатать также это значение и его порядковый номер.
7. Подсчитать в массивах количество отрицательных элементов и первым на печать вывести массив, имеющий наименьшее их количество.
8. Подсчитать в массивах количество положительных элементов и первым на печать вывести массив, имеющий наименьшее их количество.
9. Подсчитать в массивах количество отрицательных элементов и первым на печать вывести массив, имеющий наибольшее их количество.
10. Подсчитать в массивах количество положительных элементов и первым на печать вывести массив, имеющий наибольшее их количество.
11. Подсчитать в массивах количество элементов, больших значения t, и первым на печать вывести массив, имеющий наименьшее их количество.
12. Подсчитать в массивах количество элементов, меньших значения t, и первым на печать вывести массив, имеющий наименьшее их количество.
13. Подсчитать в массивах количество элементов, больших значения t, и первым на печать вывести массив, имеющий наибольшее их количество.
14. В каждом из массивов найти наименьшее значение и умножить на него все элементы массивов. На печать вывести исходные и преобразованные массивы.
15. В каждом из массивов найти наибольшее значение и умножить на него все элементы массивов. На печать вывести исходные и преобразованные массивы.
Второй уровень сложности
Написать программу для работы с двухмерным динамическим массивом размером n´m. Для формирования массива и вывода на печать использовать стандартные потоки. Оформить решение задачи в виде шаблона функций. Глобальные данные в программе не допускаются. Все необходимые данные должны передаваться функциям через параметры (для параметров, соответствующих размерам массивов, используйте умалчиваемые значения). Программа должна демонстрировать использование умалчиваемых значений параметров, а также использование шаблона функций для типов данных int и double.
1. В заданном двухмерном массиве определить максимальное из чисел, встречающихся в массиве более одного раза.
2. В заданном двухмерном массиве определить сумму элементов в тех строках, которые не содержат отрицательных элементов.
3. В заданном двухмерном массиве определить количество строк, содержащих хотя бы один нулевой элемент.
4. В заданном двухмерном массиве определить номер первой из строк, не содержащих ни одного положительного элемента.
5. В заданном двухмерном массиве определить номер первого из столбцов, не содержащих ни одного отрицательного элемента.
6. В заданном двухмерном массиве определить номер первого из столбцов, содержащих хотя бы один нулевой элемент.
7. В заданном двухмерном массиве определить номер первой из строк, содержащих хотя бы один положительный элемент.
8. В заданном двухмерном массиве определить количество строк, среднее арифметическое элементов которых меньше заданной величины.
9. В заданном двухмерном массиве определить сумму модулей его отрицательных нечетных элементов.
10. В заданном двухмерном массиве определить минимум среди сумм элементов диагоналей, параллельных главной диагонали.
11. В заданном двухмерном массиве определить количество элементов массива, лежащих в диапазоне от А до В.
12. В заданном двухмерном массиве определить произведение элементов массива, расположенных после максимального по модулю элемента.
13. В заданном двухмерном массиве определить сумму модулей элементов массива, расположенных после минимального по модулю элемента.
14. В заданном двухмерном массиве определить сумму положительных элементов массива, расположенных до максимального элемента.
15. В заданном двухмерном массиве определить сумму элементов массива, расположенных до минимального элемента.
Таблицы символов ASCII