Exercises_17_Concepts.md

Aufgaben zu Konzepten

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Lösungen

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Überblick

Aufgabe	Beschreibung
Aufgabe 1	Überprüfung des Vorhandenseins einer bestimmten Basisklasse (Voraussetzungen: concept, requires)
Aufgabe 2	Überprüfung des Datentyps von Funktionsparametern (Voraussetzungen: concept, requires)
Aufgabe 3	Konzepte und Schnittstellen im Vergleich (Voraussetzungen: concept, requires, virtual, override)
Aufgabe 4	Berechnung der Gesamtlänge beliebig vieler Zeichenketten (Voraussetzungen: requires, std::initializer_list)

Tabelle 1: Aufgaben zu Konzepten.

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Aufgabe 1: Überprüfung des Vorhandenseins einer bestimmten Basisklasse

Voraussetzungen: concept, requires

Erstellen Sie ein Konzept, das für ein Klassentemplate überprüft, dass deren Template Parameter sich von einer bestimmten Basisklasse ableiten.

Wir betrachten die Aufgabenstellung an einem Beispiel. Die folgende Klasse Object sei als Basisklasse für eine Hierarchie von Klassen bestimmt – Ähnlichkeiten zur Programmiersprache C# sind rein zufälliger Natur:

class Object
{
public:
    virtual ~Object() = default;

    virtual std::string toString() const = 0;
};

Offensichtlich soll mit der Klasse Object erzwungen werden, dass alle Kindklassen eine Methode toString bereitstellen. Die Klasse Integer erfüllt diese Eigenschaft:

class Integer : public Object
{
private:
    int m_value;

public:
    Integer() : Integer{ 0 } {};

    Integer(int value) : m_value{ value } {}

    std::string toString() const override
    {
        return "Integer: " + std::to_string(m_value);
    }
};

Nun betrachten wir ein Funktionstemplate print, das die Methode to_string() an einem Objekt obj des angegebenen Parametertyps T aufruft:

template <typename T>
void print(const T& obj)
{
    std::cout << obj.toString() << std::endl;
}

Wir können im Augenblick nur „mit dem Auge” erkennen, dass die print-Funktion sinnvollerweise nur mit (benutzerdefinierten) Datentypen instanziiert werden kann, die eine toString()-Methode besitzen.

Wie können Sie das Funktionstemplate print umschreiben, so dass es nur Instanzen von Klassen akzeptiert, die sich von der Klasse Object ableiten?

Hinweise zur Lösung:

Im Prinzip bieten sich zwei Lösungansätze an:

• Verwendung von std::is_base_of aus der Type-Traits-Bibliothek.
• Verwendung von std::derived_from aus der Concepts-Bibliothek .

Die beiden Ansätze unterscheiden sich nur in der „Vererbungsart”, also inwieweit beim Vererben der Zugriff auf Elemente der Basisklasse eingeschränkt wird. Dies betrifft die Angabe von public, protected oder private vor dem Namen der Basisklasse. Derartige Details oder Feinheiten wollen wir in dieser Aufgabe nicht näher betrachten, dieser Hinweis ist nur der Vollständigkeit halber gegeben. Der Einfachheit halber legen wir die Vererbungsart public zu Grunde.

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Aufgabe 2: Überprüfung des Datentyps von Funktionsparametern

Voraussetzungen: concept, requires

In den Übungen zu variadischen Templates hatten wir zwei Funktionen andAll und orAll betrachtet:

bool result = andAll(true, false, true);

Die beiden Funktionen lassen sich unterschiedlich realisieren. In allen Fällen tritt als Parameter jedoch ein Parameter Pack in Erscheinung, da gefordert war, dass eine beliebige Anzahl von bool-Parametern an die Funktionen übergeben werden kann.

Erweitern Sie die vorhandenen Lösungen so, dass neben der reinen Funktionalität auch der Datentyp der Aktualparameter überprüft wird. Es sind nur Werte des Typs bool zulässig. Ein Aufruf von

bool result = andAll(1, 2, 3);

soll eine – soweit möglich – verständliche Fehlermeldung erzeugen, also nicht übersetzbar sein!

Hinweis zur Lösung:
Die Technik des Foldings kann auch auch Konzepte angewendet werden.

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Aufgabe 3: Konzepte und Schnittstellen im Vergleich

Voraussetzungen: concept, requires, virtual

Betrachten wir folgendes Funktionstemplate:

template <typename T>
int count(T& t)
{
    int count{};

    t.reset();
    while (t.hasNext()) {
        t.next();
        count++;
    }

    return count;
}

Um das Funktionstemplate count instanziieren zu können, benötigen wir eine Klasse, die eine bestimmte Schnittstelle unterstützt. Welche Schnittstelle? Das erkennen wir nur beim genauen Betrachten des Rumpfes von count: Es müssen drei Methoden hasNext, next und reset mit der jeweils richtigen Signatur vorhanden sein.

Eine Überprüfung dieses Sachverhalts könnte man in C++ mit dem Schnittstellenkonzept erzielen:

class IntegerIterable
{
public:
    virtual bool hasNext() const = 0;
    virtual int next() = 0;
    virtual void reset() = 0;
};

Diesen Schnittstellentyp kann man nun als Parameter von Funktionen verwenden (wir haben es dann nicht einmal mehr mit einem Funktionstemplate zu tun):

int count(IntegerIterable& t)
{
   ...
}

Diese Vorgehensweise ist aber so nicht immer erwünscht. Einer von mehreren Gründen, der dagegegen spricht, ist der Umstand, dass virtuelle Methoden zur Laufzeit nicht so performant wie direkte Methodenaufrufe sind.

Definieren Sie – in Gestalt eines alternativen Ansatzes – ein Konzept IsIterable, das die drei Methoden hasNext, next und reset festschreibt.

Testen Sie Ihre Realisierung des Konzepts, indem Sie eine Klasse IterableArray schreiben, die das Konzept erfüllt.

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Aufgabe 4: Berechnung der Gesamtlänge beliebig vieler Zeichenketten

Voraussetzungen: requires, std::initializer_list

Schreiben Sie eine Funktion totalLength, die eine variable Anzahl von std::string-Parametern besitzt. Als Rückgabewert liefert sie die Gesamtlänge aller Zeichenketten zurück. Ein mögliches Testbeispiel sieht so aus:

const std::string s1{ "111" };
const std::string s2{ "AAAAA" };
const std::string s3{ "!!!" };
size_t len{ totalLength(s1, s2, s3) };
std::cout << len << std::endl;

Ausgabe:

11

Hinweis: In der Implementierung der totalLength-Funktion kann ein std::initializer_list-Objekt behilflich sein!

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