قوالب الأصناف

جزء من قسم Object Oriented Programming في رحلة C++ على Coddy — الدرس 65 من 104.

تماماً كما تسمح لك قوالب الدوال بكتابة دوال مستقلة عن النوع، فإن قوالب الأصناف تسمح لك بإنشاء أصناف مستقلة عن النوع. هذه هي الطريقة التي تعمل بها الحاويات مثل std::vector - حيث تقوم بتعريف الهيكل مرة واحدة، ويقوم المترجم بإنشاء إصدارات محددة لكل نوع تستخدمه.

template <typename T>
class Box {
    T value;
public:
    Box(T v) : value(v) {}
    T getValue() const { return value; }
    void setValue(T v) { value = v; }
};

int main() {
    Box<int> intBox(42);
    Box<std::string> strBox("Hello");
    
    std::cout << intBox.getValue() << std::endl;  // 42
    std::cout << strBox.getValue() << std::endl;  // Hello
}

على عكس قوالب الدوال، يجب عليك تحديد النوع بشكل صريح عند إنشاء كائنات من قوالب الأصناف باستخدام الأقواس الزاوية. يقوم المترجم بعد ذلك بإنشاء تعريف صنف كامل لهذا النوع المحدد.

يمكن أن تحتوي قوالب الأصناف (Class templates) على معاملات أنواع متعددة وحتى معاملات غير متعلقة بالأنواع مثل الأعداد الصحيحة:

template <typename T, int Size>
class FixedArray {
    T data[Size];
public:
    T& operator[](int index) { return data[index]; }
    int size() const { return Size; }
};

FixedArray<double, 5> arr;  // مصفوفة من 5 أرقام عشرية
arr[0] = 3.14;

عند تعريف الدوال الأعضاء خارج الفئة، يجب عليك تكرار إعلان القالب:

template <typename T>
class Container {
    T* data;
public:
    Container();
    ~Container();
};

template <typename T>
Container<T>::Container() : data(nullptr) {}

template <typename T>
Container<T>::~Container() { delete data; }

تشكل قوالب الأصناف (Class templates) أساس البرمجة العامة في C++، مما يتيح لك كتابة هياكل بيانات قابلة لإعادة الاستخدام تعمل مع أي نوع.

التحدي

سهل

لنقم ببناء نظام تخزين عام باستخدام قوالب الفئات (class templates) لإنشاء حاوية مرنة يمكنها الاحتفاظ بأي نوع من البيانات. ستقوم بتنظيم فئة القالب الخاصة بك في ملف رأس (header file) وتوضيح مدى تعدد استخداماتها مع أنواع مختلفة في برنامجك الرئيسي.

ستقوم بإنشاء ملفين:

Storage.h: قم بتعريف قالب فئة يسمى Storage يعمل كحاوية بسيطة لقيمة واحدة مع بعض العمليات المفيدة:
يجب أن يحتوي قالب Storage الخاص بك على:
- عضو خاص (private member) للاحتفاظ بالقيمة المخزنة
- منشئ (constructor) يأخذ قيمة أولية
- طريقة getValue() تعيد القيمة المخزنة
- طريقة setValue() تقوم بتحديث القيمة المخزنة
- طريقة isEmpty() تعيد true إذا كانت القيمة تساوي القيمة الافتراضية للنوع T، و false خلاف ذلك
قم أيضًا بإنشاء قالب فئة يسمى Pair مع معلمين للنوع (two type parameters) يخزن قيمتين مرتبطتين:
- أعضاء خاصة للقيمتين الأولى والثانية (من أنواع قد تكون مختلفة)
- منشئ يقوم بتهيئة كلتا القيمتين
- طرق getFirst() و getSecond() لاسترجاع كل قيمة
- طريقة display() تطبع: (<first>, <second>)
main.cpp: اقرأ أربعة مدخلات (كل منها في سطر منفصل):
1. قيمة عدد صحيح (integer)
2. قيمة عدد صحيح جديدة
3. قيمة نصية (string)
4. قيمة عشرية (double)
قم باستعراض القوالب الخاصة بك من خلال:
1. إنشاء Storage<int> باستخدام العدد الصحيح الأول، وطباعة: Int storage: <value>
2. تحديثه بالعدد الصحيح الثاني باستخدام setValue()، ثم طباعة: Updated: <value>
3. إنشاء Storage<std::string> باستخدام المدخل النصي، وطباعة: String storage: <value>
4. التحقق مما إذا كان مخزن النصوص فارغًا وطباعة: Is empty: <true/false> (اطبع true أو false)
5. إنشاء Pair<std::string, double> باستخدام القيم النصية والعشرية، ثم استدعاء display()
6. إنشاء Pair<int, int> باستخدام كلا المدخلين الصحيحين، ثم استدعاء display()

على سبيل المثال، مع المدخلات 42، 100، Hello، و 3.14:

Int storage: 42
Updated: 100
String storage: Hello
Is empty: false
(Hello, 3.14)
(42, 100)

لاحظ كيف يعمل نفس قالب Storage بسلاسة مع الأعداد الصحيحة والنصوص، وكيف يمكن لـ Pair دمج أنواع مختلفة معًا. يقوم المترجم (compiler) بإنشاء تعريفات فئات منفصلة لكل مجموعة أنواع تستخدمها. تذكر استخدام صيغة template <typename T> للقوالب ذات النوع الواحد و template <typename T, typename U> للقوالب ذات معلمات الأنواع المتعددة.

جرّب بنفسك

#include <iostream>
#include <string>
#include "Storage.h"

using namespace std;

int main() {
    // قراءة المدخلات
    int intValue1;
    int intValue2;
    string strValue;
    double doubleValue;
    
    cin >> intValue1;
    cin >> intValue2;
    cin >> strValue;
    cin >> doubleValue;
    
    // TODO: قم بإنشاء Storage<int> مع العدد الصحيح الأول واطبع: Int storage: <value>
    
    // TODO: قم بالتحديث باستخدام العدد الصحيح الثاني باستخدام setValue()، واطبع: Updated: <value>
    
    // TODO: قم بإنشاء Storage<std::string> مع مدخل السلسلة النصية، واطبع: String storage: <value>
    
    // TODO: تحقق مما إذا كان مخزن السلسلة النصية فارغاً، واطبع: Is empty: true/false
    
    // TODO: قم بإنشاء Pair<std::string, double> مع السلسلة النصية والعدد العشري، واستدعِ display()
    
    // TODO: قم بإنشاء Pair<int, int> مع كلا العددين الصحيحين، واستدعِ display()
    
    return 0;
}