قوالب الأصناف

جزء من قسم البرمجة كائنية التوجه في رحلة C++ على Coddy. الدرس 65 من 104.

كما تتيح لك قوالب الدوال كتابة دوال مستقلة عن النوع، تتيح لك قوالب الأصناف إنشاء أصناف مستقلة عن النوع. هكذا تعمل الحاويات مثل std::vector؛ إذ تعرّف البنية مرة واحدة، وينشئ المترجم 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;  // مرحبًا
}

تحدّد عادةً النوع بين أقواس زاوية عند إنشاء كائنات من قوالب الأصناف. منذ C++17، يستطيع المترجم أيضًا استنتاجه من وسيطات المُنشئ (Box b(42); ينشئ Box<int>)، لكن عندما لا توجد وسيطات يمكن الاستنتاج منها، يجب عليك كتابة النوع. بعد ذلك، ينشئ المترجم تعريفًا كاملًا للصنف لهذا النوع المحدد.

يمكن أن تحتوي قوالب الفئات على عدة معاملات للأنواع، وحتى معاملات ليست أنواعًا 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 قيم من النوع double
arr[0] = 3.14;

عند تعريف دوال الأعضاء خارج الصنف، يجب عليك تكرار تصريح 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; }

تشكّل قوالب الأصناف أساس البرمجة العامة في C++، إذ تتيح لك كتابة هياكل بيانات قابلة لإعادة الاستخدام وتعمل مع أي نوع.

التحدي

سهل

لنبنِ نظام تخزين عامًا باستخدام قوالب الأصناف لإنشاء حاوية مرنة يمكنها استيعاب أي نوع من البيانات. ستنظّم صنف القالب في ملف ترويسة، وستعرض تعدد استخداماته مع أنواع مختلفة في برنامجك الرئيسي.

ستنشئ ملفين:

Storage.h: عرّف قالب صنف باسم Storage يعمل كحاوية بسيطة لقيمة واحدة مع بعض العمليات المفيدة:
ينبغي أن يتضمن قالب Storage ما يلي:
- عضوًا خاصًا للاحتفاظ بالقيمة المخزّنة
- بانيًا يستقبل قيمة ابتدائية
- أسلوب getValue() يعيد القيمة المخزّنة
- أسلوب setValue() يحدّث القيمة المخزّنة
- أسلوب isEmpty() يعيد true إذا كانت القيمة تساوي القيمة المنشأة افتراضيًا من النوع T، وfalse خلاف ذلك
أنشئ أيضًا قالب صنف باسم Pair له معاملان للنوع ويخزّن قيمتين مترابطتين:
- عضوان خاصان للقيمة الأولى والثانية (وقد يكون نوعاهما مختلفين)
- بانيًا يهيّئ القيمتين
- الأسلوبان getFirst() وgetSecond() لاسترجاع كل قيمة
- أسلوب display() يطبع: (<first>, <second>)
main.cpp: اقرأ أربع قيم إدخال (كل واحدة في سطر منفصل):
1. قيمة عدد صحيح
2. قيمة عدد صحيح جديدة
3. قيمة نصية
4. قيمة عدد عشري مزدوج الدقة
اعرض قوالبك من خلال ما يلي:
1. إنشاء Storage<int> باستخدام العدد الصحيح الأول، ثم طباعة: Int storage: <value>
2. تحديثه باستخدام العدد الصحيح الثاني عبر setValue()، ثم طباعة: Updated: <value>
3. إنشاء Storage<std::string> باستخدام النص المُدخل، ثم طباعة: String storage: <value>
4. التحقق مما إذا كان مخزن النص فارغًا وطباعة: Is empty: <true/false> (اطبع true أو false)
5. إنشاء Pair<std::string, double> باستخدام قيمتي النص والعدد العشري، ثم استدعاء display()
6. إنشاء Pair<int, int> باستخدام قيمتي العدد الصحيح، ثم استدعاء display()

على سبيل المثال، مع قيم الإدخال 42 و100 وHello و3.14:

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

لاحظ كيف يعمل قالب Storage نفسه بسلاسة مع الأعداد الصحيحة والنصوص، وكيف يمكن لـPair الجمع بين أنواع مختلفة. ينشئ المصرّف تعريفات صنف منفصلة لكل تركيبة أنواع تستخدمها. تذكّر استخدام الصيغة template <typename T> للقوالب ذات النوع الواحد، وtemplate <typename T, typename U> للقوالب ذات معاملات الأنواع المتعددة.

جرّب بنفسك

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

using namespace std;

int main() {
    // اقرأ المدخلات
    int intValue1;
    int intValue2;
    string strValue;
    double doubleValue;
    
    cin >> intValue1;
    cin >> intValue2;
    cin >> strValue;
    cin >> doubleValue;
    
    // TODO: أنشئ Storage<int> باستخدام العدد الصحيح الأول واطبع: Int storage: <value>
    
    // TODO: حدّث القيمة باستخدام العدد الصحيح الثاني عبر setValue()، ثم اطبع: Updated: <value>
    
    // TODO: أنشئ Storage<std::string> باستخدام السلسلة النصية المدخلة واطبع: String storage: <value>
    
    // TODO: تحقّق مما إذا كان مخزن السلسلة النصية فارغًا، ثم اطبع: Is empty: true/false
    
    // TODO: أنشئ Pair<std::string, double> باستخدام السلسلة النصية والعدد من نوع double، ثم استدعِ display()
    
    // TODO: أنشئ Pair<int, int> باستخدام العددين الصحيحين، ثم استدعِ display()
    
    return 0;
}