template の使い方

Question

以下のプログラムでのクラスcalは、整数型の配列を保持し、その中から最大値と最少値を取得できるクラスである。このクラスをテンプレートを使って、double,stringなど、あらゆる型で同じ処理ができるクラス、calを作り、処理を書き換えなさい。。。

という問題

そこで、参考を見ながら、作ったコードが以下です。

//sample.h FILE
#ifndef CAL
#define CAL



template<typename T> class cal  {
private:
	T *marray;
	T mlength;
public:
	cal(int* array, int length);
	~cal();
	T getmax();
	T getmin();
	void show();

};

#endif

//sample.cpp FILE
#include"sample.h"
#include<iostream>


using namespace std;
template<typename T>

cal<T>::cal(int* array, int length) {
	marray = new int[length];
	mlength = length;
	for (int i = 0; i < mlength; i++) {
		marray = array[i];
	}
}

template<typename T>cal<T>::~cal() {
	delete[]marray;
}

template<typename T>T  cal<T>::getmax() {
	int max =marray[0];
	for (int i = 0; i < 5; i++) {
		if (max <= marray[i]) { max = marray[i]; }
	}
	return max;
}

template<typename T>T  cal<T>::getmin() {
	int min = marray[0];
	for (int i = 0; i < 5; i++) {
		if (min >= marray[i]) { min = marray[i]; }
	}
	return min;
}

template<typename T> void cal<T>::show() {
	for (int i = 0; i < 5; i++) {
		cout << marray[i] << "" << endl;
	}
}


//main.cpp FILE

#include"sample.h"
#include<iostream>

using namespace std;
int main(){
	int array[]= { 1,5,4,2,3 };
	cal<int>* c = new cal<int>(array, 5);
	c->show();
	cout << c->getmax() << endl;
	cout << c->getmin()<< endl;


}

結果として、プログラムは実行できなかった。
エラーは、未解決の外部シンボルが４つあると出たが、なにが未解決か自分ではわからなかった。
ちなみに、実行前の各ファイルには、エラーは出ていない。

追加して、sample.cpp ファイルでの、各関数の定義部分で、このtemplate<typename T>を毎回入れる書き方も正しいのか。。。

詳しい方で、ぜひ教えていただきたいです。

Answer 1

原因はChironianさん指摘のとおりですが、template class(又は関数template)を書くときは宣言と定義を分けるべきじゃないと思います。つまり全部ヘッダーファイルに書くということですね。多少コンパイル速度は犠牲になりますが小規模なうちは体感することはない程度です。

Answer 2

こんにちは。

それは、実はテンプレートの最初の罠です。

コンパイラはsample.cppをコンパイルしている時は、sample.cppの情報だけを使ってコンパイルします。
つまり、main.cppの情報を持ちません。main.cppではテンプレートを使う際にテンプレートの仮引数に型を指定していますが、どのような型を指定しているのかsample.cppをコンパイルしている時のコンパイラは知らないのです。（知るための仕組みがない。）

sample.cppで定義されているクラス・テンプレートのメンバ関数をコンパイルする際には、知っている範囲の「テンプレート仮引数に指定された型」を当てはめますので、sample.cppでテンプレートを実体化しない限り、クラス・テンプレートのメンバ関数はコンパイルされません。

その結果、main.cppから呼び出しているクラス・テンプレートのメンバ関数の実体が存在していないので、リンク・エラーになります。

１つの対策は、sample.cppでクラス・テンプレートcalを明示的に実体化することです。

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【蛇足ですが】
テンプレートの実体化はインスタンス化と呼ばれることもあります。
ご存知かもしれませんがオブジェクト指向では「クラスのインスタンス」という表現もあります。
この２つの「インスタンス」という用語は全く無関係な２つのものについて、同じ呼び方をしているので要注意です。（意味的にはどちらとも正しい表現ですが、混乱しやすいです。）