[C++] Szablony i metaprogramowanie

Programowanie generyczne to jedna z najważniejszych funkcji języka C++. Dzięki szablonom i metaprogramowaniu, programiści mogą pisać bardziej elastyczny i generyczny kod. W tym artykule przyjrzymy się bliżej temu zagadnieniu i przedstawimy, jak wykorzystać te techniki w praktyce.

Szablony

Szablony w C++ pozwalają na tworzenie generycznych klas i funkcji, które mogą być dostosowane do różnych typów danych. Na przykład, możemy napisać szablon klasy Vector, który może przechowywać elementy dowolnego typu. Dzięki temu, nie musimy pisać oddzielnych implementacji dla różnych typów danych.

Przykład

template <typename T>
class Vector {
  // Implementacja klasy Vector
};

int main() {
  Vector<int> intVector;
  Vector<double> doubleVector;
  // ...
  return 0;
}

Kolejnym przykładem może być funkcja sortująca, która może działać zarówno dla typów liczbowych, jak i tekstowych:

template <typename T>
void sortuj(T tablica[], int rozmiar) {
    for (int i = 0; i < rozmiar - 1; i++) {
        for (int j = 0; j < rozmiar - i - 1; j++) {
            if (tablica[j] > tablica[j + 1]) {
                std::swap(tablica[j], tablica[j + 1]);
            }
        }
    }
}

int main() {
    int tablica1[] = {5, 2, 7, 1, 4};
    sortuj(tablica1, 5);

    std::string tablica2[] = {"c", "a", "b"};
    sortuj(tablica2, 3);

    return 0;
}

Metaprogramowanie

Metaprogramowanie w C++ polega na wykorzystaniu szablonów do generowania kodu w czasie kompilacji. Dzięki temu, możemy wykonywać bardziej zaawansowane operacje na typach danych w trakcie kompilacji, zamiast w czasie wykonania programu. Przykładem może być generowanie kodu dla różnych typów kontenerów lub algorytmów sortowania.

Przykład

template <typename T>
struct IsInt {
  static constexpr bool value = false;
};

template <>
struct IsInt<int> {
  static constexpr bool value = true;
};

int main() {
  bool isInt = IsInt<int>::value; // true
  bool isDouble = IsInt<double>::value; // false
  // ...
  return 0;
}

Kolejny przykład zastosowania programowania generycznego w C++ implementuje generyczny algorytm sortowania, który działa dla różnych typów danych:

template <typename T>
void Sort(T* arr, int size) {
  // Implementacja algorytmu sortowania
}

int main() {
  int intArray[] = {4, 2, 7, 1, 3};
  double doubleArray[] = {3.14, 1.5, 2.7, 0.5};
  
  Sort(intArray, 5);
  Sort(doubleArray, 4);
  // ...
  return 0;
}

Programowanie generyczne w C++ pozwala na tworzenie bardziej elastycznego i generycznego kodu. Dzięki szablonom i metaprogramowaniu, programiści mogą pisać jedną implementację, która działa dla różnych typów danych. Przykłady takie jak generyczne klasy, metaprogramowanie i generyczne algorytmy sortowania pokazują, jak te techniki mogą być użyteczne w praktyce.