Mẫu lớp

Thuộc phần Lập trình hướng đối tượng trong hành trình C++ của Coddy. Bài học 65 trên 104.

Cũng như mẫu hàm cho phép bạn viết các hàm không phụ thuộc vào kiểu dữ liệu, mẫu lớp cho phép bạn tạo các lớp không phụ thuộc vào kiểu dữ liệu. Đây là cách các vùng chứa như std::vector hoạt động: bạn định nghĩa cấu trúc một lần, rồi trình biên dịch tạo ra các phiên bản cụ thể cho từng kiểu dữ liệu bạn dùng.

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
}

Không giống như mẫu hàm (function), khi tạo đối tượng từ mẫu lớp, bạn phải chỉ định rõ kiểu dữ liệu bằng dấu ngoặc nhọn. Sau đó, trình biên dịch tạo định nghĩa lớp hoàn chỉnh cho kiểu dữ liệu đó.

Các mẫu lớp có thể có nhiều tham số kiểu và cả tham số không phải kiểu, chẳng hạn như số nguyên:

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;  // Mảng gồm 5 giá trị double
arr[0] = 3.14;

Khi định nghĩa hàm thành viên bên ngoài lớp, bạn phải lặp lại khai báo mẫu:

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; }

Mẫu lớp là nền tảng của lập trình tổng quát trong C++, giúp bạn viết các cấu trúc dữ liệu có thể tái sử dụng và hoạt động với mọi kiểu dữ liệu.

Thử thách

Dễ

Hãy xây dựng một hệ thống lưu trữ tổng quát bằng cách dùng mẫu lớp để tạo ra một bộ chứa linh hoạt, có thể chứa dữ liệu thuộc bất kỳ kiểu nào. Bạn sẽ tổ chức lớp mẫu trong một tệp tiêu đề và minh họa tính linh hoạt của nó với các kiểu khác nhau trong chương trình chính.

Bạn sẽ tạo hai tệp:

Storage.h: Định nghĩa một mẫu lớp có tên Storage, hoạt động như một bộ chứa đơn giản cho một giá trị cùng một số thao tác hữu ích:
Mẫu Storage cần có:
- Một thành viên riêng để lưu giá trị
- Một hàm khởi tạo nhận giá trị ban đầu
- Một phương thức getValue() trả về giá trị đã lưu
- Một phương thức setValue() cập nhật giá trị đã lưu
- Một phương thức isEmpty() trả về true nếu giá trị bằng giá trị được khởi tạo mặc định của kiểu T, ngược lại trả về false
Đồng thời, hãy tạo một mẫu lớp có tên Pair với hai tham số kiểu, dùng để lưu hai giá trị có liên quan:
- Các thành viên riêng cho giá trị thứ nhất và thứ hai, có thể thuộc các kiểu khác nhau
- Một hàm khởi tạo khởi tạo cả hai giá trị
- Các phương thức getFirst() và getSecond() để lấy từng giá trị
- Một phương thức display() in ra: (<first>, <second>)
main.cpp: Đọc bốn đầu vào, mỗi đầu vào trên một dòng riêng:
1. Một giá trị số nguyên
2. Một giá trị số nguyên mới
3. Một giá trị chuỗi
4. Một giá trị số thực double
Minh họa các mẫu của bạn bằng cách:
1. Tạo một Storage<int> với số nguyên thứ nhất, rồi in ra: Int storage: <value>
2. Cập nhật nó bằng số nguyên thứ hai qua setValue(), sau đó in ra: Updated: <value>
3. Tạo một Storage<std::string> với đầu vào chuỗi, rồi in ra: String storage: <value>
4. Kiểm tra xem bộ lưu trữ chuỗi có rỗng không và in ra: Is empty: <true/false> (in true hoặc false)
5. Tạo một Pair<std::string, double> với giá trị chuỗi và số thực, sau đó gọi display()
6. Tạo một Pair<int, int> với cả hai đầu vào số nguyên, sau đó gọi display()

Ví dụ, với các đầu vào 42, 100, Hello và 3.14:

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

Hãy chú ý cách cùng một mẫu Storage hoạt động trơn tru với số nguyên và chuỗi, còn Pair có thể kết hợp các kiểu khác nhau. Trình biên dịch tạo ra các định nghĩa lớp riêng cho từng tổ hợp kiểu mà bạn sử dụng. Nhớ dùng cú pháp template <typename T> cho mẫu có một kiểu và template <typename T, typename U> cho mẫu có nhiều tham số kiểu.

Tự làm thử

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

using namespace std;

int main() {
    // Đọc các giá trị đầu vào
    int intValue1;
    int intValue2;
    string strValue;
    double doubleValue;
    
    cin >> intValue1;
    cin >> intValue2;
    cin >> strValue;
    cin >> doubleValue;
    
    // TODO: Tạo Storage<int> với số nguyên đầu tiên và in ra: Int storage: <value>
    
    // TODO: Dùng setValue() để cập nhật bằng số nguyên thứ hai, rồi in ra: Đã cập nhật: <value>
    
    // TODO: Tạo Storage<std::string> với chuỗi đầu vào và in ra: String storage: <value>
    
    // TODO: Kiểm tra Storage<std::string> có rỗng không, rồi in ra: Có rỗng: true/false
    
    // TODO: Tạo Pair<std::string, double> với chuỗi và số thực, rồi gọi display()
    
    // TODO: Tạo Pair<int, int> với cả hai số nguyên, rồi gọi display()
    
    return 0;
}