C++テンプレートを使いこなす！　第一部　（１）

（１）　似通った関数を関数テンプレートで一つにまとめよう

同じコードがあちこちに存在するプログラムは悪いコードの見本です．したがって，プログラミングで最も浅はかな行為はコピーアンドペーストです．これをやると必ずコードが重複しますからね．しかし，まったく同じではないが似たようなコードができてしまうことがあります．例えば，2つの引数のうち大きい方の整数を返す関数を書くとします。



001 int max(int a, int b)

002 {

003     if (a<b) return b;

004     else return a;

005 }

このようになるでしょう．ここで，int型ではなくdouble型バージョンも必要になったとします．int型バージョンをコピーアンドペーストして，intをdoubleに置き換えた次の関数も作りましょう．



001 double max(double a, double b)

002 {

003     if (a<b) return b;

004     else return a;

005 }

これでほとんど同じ2つの関数ができました．それではさらにchar型，float型，std::string型，その他の型のバージョンが必要になったとき，同じように関数を作ればいいのでしょうか．しかし，今作った2つの関数の違いは型だけで，関数内のアルゴリズムはまったく同じです．このような場合，テンプレートを使うことで，型を後から（関数を使うときに）指定することができるのでコピーアンドペーストは不要です．



001 template<typename T>

002 T max(T a, T b)

003 {

004     if (a<b) return b;

005     else return a;

006 }

これだけです．初めのtemplate<>は，この関数がテンプレートであることを意味します．typename Tというのは，後で指定した型に置き換えられる引数Tを定義していて，このTをテンプレート引数といいます．普通の関数の場合には引数に値が代入されることと同じで，テンプレート引数の場合には値ではなく型が代入されるということです．それではこの関数テンプレートを使ってみましょう．



001 #include <cstdio>

002 

003 template<typename T>

004 T max(T a, T b)

005 {

006     if (a<b) return b;

007     else return a;

008 };

009 

010 int main(int argc, char* argv[])

011 {

012     int a = max<int>(10, 20);

013     printf("%d\n", a);

014     return 0;

015 }

関数テンプレートのテンプレート引数Tに型を与えるためには，関数名と(の間に<型名>と書きます．上のサンプルの場合は，typename TのTにintを代入しているので，最初に自分で書いたint型バージョンのmax関数が自動的に作成されます．このとき，単純にTがintに置換されると考えるとよいです．テンプレートを理解する上で，この単純な置換が実は後でとても重要になってきます．

このように，double型バージョンが欲しくなったらmax<double>(...)，char型ならmax<char>(...)，float型ならmax<float>(...)など，関数を使うときに自由に型を指定することができます．これでコピーアンドペーストが不要になりましたね．

ところで，実は，型を指定しなくてもコンパイラがある程度推測してくれます．暗黙の型推論に成功する条件は，「すべての引数の型（関数の引数）からテンプレート引数の型が唯一に決定できる」です．従って，上のサンプルは次のように書き直せます．



012     int a = max(10, 20); // <int>は不要

10と20はどちらもint型なので，テンプレート引数Tはintだと判断してくれるわけです．同様に，10.0と20.0を与えれば，double型バージョンの関数が暗黙のうちに作成されます．

これまではテンプレート引数の数は1つだけでしたが，複数のテンプレート引数を持つ関数テンプレートを作ることもできます．



001 template<typename T, typename U>

002 void function(T first, U second)

003 {

004     ...

005 };

006 

007 int main(int argc, char* argv[])

008 {

009     function<double,double>( 99.0, 77.0);

010     return 0;

011 }

このように単純にコンマで区切ってやるだけです．簡単ですね．

ところで，通常の引数にはデフォルト値を指定できますが，関数テンプレートのテンプレート引数には指定できません．



001 // 第2テンプレートパラメータにデフォルト引数を指定したつもり

002 template<typename T, typename U = int>

003 void function(T first, U second)

004 {

005     ...

006 };

007 

008 int main(int argc, char* argv[])

009 {

010     // 第2テンプレート引数を省略した？ --> コンパイルエラー！

011     function<double>( 99.0, 77.0);

012     

013     return 0;

014 }