C++, Qt, OpenGL, CUDA

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====== Fonctions génériques ======

===== Intérêt de la programmation générique =====

La programmation générique consiste à écrire un code qui n'est pas spécifique d'un type particulier, mais peut s'adapter à plusieurs types.

Pour comprendre ce concept, prenez un exemple simple : vous souhaitez écrire une fonction qui réalise une addition. Vous pouvez par exemple écrire :

<code cpp>
#include <iostream>

int add(int lhs, int rhs) {
    return lhs + rhs;
}

int main() {
    std::cout << add(3, 4) << std::endl;
}
</code>

affiche :

<code>
7
</code>

Rien de compliqué, c'est une fonction classique qui prend deux parametres entiers et retourne un entier.

Si vous ajoutez le second calcul suivant :

<code cpp>
#include <iostream>

int add(int lhs, int rhs) {
    return lhs + rhs;
}

int main() {
    std::cout << add(3, 4) << std::endl;
    std::cout << add(1.2, 3.4) << std::endl;
}
</code>

affiche :

<code>
main.cpp:9:22: warning: implicit conversion from 'double' to 'int' 
changes value from 1.2 to 1 [-Wliteral-conversion]
    std::cout << add(1.2, 3.4) << std::endl;
                 ~~~ ^~~
main.cpp:9:27: warning: implicit conversion from 'double' to 'int' 
changes value from 3.4 to 3 [-Wliteral-conversion]
    std::cout << add(1.2, 3.4) << std::endl;
                 ~~~      ^~~
2 warnings generated.
7
4
</code>

Premièrement, le code émet deux avertissements, du fait de la conversion implicite de ''double'' en ''int''. Et deuxièmement, le résultat obtenu n'est pas correct, la valeur attendue (4.6) est arrondie. La raison est que vous avez écrit une fonction ''add'' qui utilise des entiers comme parametres. Le compilateur a le choix entre réaliser une conversion des types si c'est possible, ou de produire une erreur si ce n'est pas le cas.

L'appel de la fonction ''add'' avec des valeurs de type ''double'' est équivalent au code suivant :

<code cpp>
const int lhs = 1.2;  // arrondi en 1
const int rhs = 3.4;  // arrondi en 3
add(lhs, rhs);        // calcul 1 + 3
</code>

Une première solution pour corriger ce problème est d'utiliser une surcharge de fonctions et d'écrire une fonction ''add'' qui prend un entier en paramètre et une fonction ''add'' qui prend un réel :

<code cpp>
int add(int lhs, int rhs) {
    return lhs + rhs;
}

double add(double lhs, double rhs) {
    return lhs + rhs;
}
</code>

Dans ce cas, le compilateur n'a pas besoin de faire de conversion, il utilise la fonction correspondante aux types des arguments.

Cependant, cette approche est limitée. Si vous appelez cette fonction avec des arguments de type ''short int'' ou ''float'' (par exemple), le résultat sera automatiquement convertie respectivement en ''int'' et en ''double'' (par promotion).

Pour éviter cela, il faudra proposer une surcharge de la fonction ''add'' pour chaque type d'arguments que vous voulez utiliser. Le code n'est pas facilement évolutif, vous devez modifier un code existant si vous ajouter des nouveaux types.

La programmation générique va permettre de résoudre ce problème, en écrivant des fonctions qui prendront plusieurs types de parametres. Un exemple de telles fonctions que vous avez déjà rencontrée est les algorithmes de la bibliothèque standard, qui peuvent être appellee sur plusieurs types de conteneurs.

<code cpp>
std::string s { "azerty" };
std::sort(std::begin(s), std::end(s));  // ok

vector<int> v { 1, 3, 5, 2, 4 };
std::sort(std::begin(v), std::end(v));  // ok
</code>


===== Definir une fonction template =====

Dans une fonction template, un ou plusieurs types utilisés dans la fonction (généralement les types des parametres de fonction ou du retour de la fonction) sont remplacés par un parametre template, pouvant representer plusieurs types.

La syntaxe d'une fonction template est la suivante :

<code cpp>
template<LISTE_PARAMETRES_TEMPLATE>
FONCTION...
</code>

La première ligne permet de definir un ou plusieurs paramètres template, qui seront utilisés dans la fonction //comme si c'était des types//.

Un paramètre template s'écrit de la façon suivante :

<code cpp>
typename IDENTIFIANT
</code>

Le mot-clé ''typename'' indique que l'identifiant represente un nom de type. L'identifiant respecte les règles habituelles pour écrire un identifiant (contient des lettres minuscules ou majuscules, le caractère ''_'' ou des chiffre sauf en premiere position).

Une liste de parametres template sera constitué de plusieurs parametres template (mot-clé ''typename'' et identifiant), séparés par des virgules.

<code cpp>
typename IDENTIFIANT, typename IDENTIFIANT, typename IDENTIFIANT (...)
</code>

Il est classique d'utiliser des majuscules uniquement pour ecrire les parametres template. En particulier, vous verrez souvent des parametres template nommes ''T'', ''U'', etc. Bien sur, il est préférable de donner des noms les plus expressifs possible.

Par exemple, avec la fonction ''add'' precedente :

<code cpp>
template<typename T>
T add(T lhs, T rhs) {
    return lhs + rhs;
}
</code>

Ce code definie une fonction template qui possède un paramètre template nomme ''T''. Ce paramètre template est utilisée trois fois dans la fonction : dans les deux parametres de fonction en entrée et comme type de retour de la fonction.

<note>**typename et class**

Il est également possible d'utiliser le mot-clé ''class'' a la place de ''typename''. Pour éviter les ambiguïtés avec les classes de la programmation objet, seul le mot-clé ''typename''sera utilisée dans ce cours. Mais retenez que vous pouvez rencontrer aussi ''class'' dans un code.
</note>

Ce code implique que les types des parametres en entrée et en sortie sont le même type : ''T'' peut être remplacé par n'importe quel type, mais chaque occurrence de ''T'' correspondra toujours au même type.

Il est possible d'utiliser des types differents pour les differents parametres. Par exemple :

<code cpp>
template<typename T, typename U, typename V>
T add(U lhs, V rhs) {
    return lhs + rhs;
}
</code>

Ce code utilise trois paramètre template ''T'', ''U'' et ''V'', chaque paramètre pouvant être remplacé par un type différent.

Vous etes libre de definir autant de parametre template que vous souhaitez et de les mélanger avec des types concrets.

<code cpp>
template<typename T, typename U>
T f(int a, U b, double c, T d) {}
</code>


===== Appeler une fonction template =====

Lors de l'appel d'une fonction template, le compilateur va remplacer les parametres template par des types concret. Cette étape s'appelle l'instanciation des template. 


A partir d'une fonction template, le compilateur va générer les fonctions concrète correspondant a chaque type concret qui sont utilisés dans les appels de fonction.

Par exemple, pour la fonction ''add'' precedente, si cette fonction est appellee avec les types ''int'' et ''double'', le compilateur va générer deux fonction surchargées, correspondant a ces types concrets.

<code cpp>
template<typename T>
T add(T lhs, T rhs);

// devient :

int add(int lhs, int rhs);

double add(double lhs, double rhs);
</code>





<note>**Parametres et arguments**

Notez la similitude des termes utilisés entre parametres et arguments de fonction et parametres et argument template : les parametres apparaissent dans la declaration des fonctions et les arguments dans les appels de fonction.

Pour les parametres et arguments de fonction :

<code cpp>
void f(int a, int b, int x) {}  // a, b et c = parametres de fonction

int main() {
    f(x, y, z);                 // x, y, z = arguments de fonction
}
</code>

Pour les parametres et arguments template :

<code cpp>
template<typename T, typename U>  // T et U = parametres template
void f(T a, U b) {}

int main() {
    f<int, double>(x, y);         // int et double = arguments template
}
</code>
</note>



deduction automatique des arguments template

type par defaut

valeur et type, compile time et runtime.

similitude argument/parametre

fonction template intermediaire, forward




''auto'' n'est pas pris en charge par tous les compilateurs. Possibilité d'expliciter le type générique en utilisant des fonctions template.

Une fonction classique permet de passer des données en paramètre. Les fonctions template vont plus loin, elles permettent de passer des types comme paramètre. C'est-à-dire que les types manipulés par un template ne sont pas fixés (''int'', ''double'', etc), mais sont des paramètres.

Vous avez déjà vu des template dans ce cours, le meilleur exemple est ''std::vector'' et ''std::array''. Ces classes template représentent des collections pouvant contenir n'importe quel type de données. Le type manipulé dans la collection est indiqué dans les chevrons :

<code cpp>
std::vector<int> ints {};    // tableau de int
std::vector<double> doubles {}; // tableau de double
</code>

Pour définir une fonction template, la syntaxe :

<code cpp>
template<paramètres template>
paramètre_retour nom_fonction(paramètres de fonction) {
}
</code>

On voit ici qu'une fonction template prend deux types de paramètre :

  * les paramètres template, qui sont des types et sont évalués à la compilation. Mot-clé "typename" ou "class" suivi d'un nom de paramètre ;
  * les paramètres de fonction, qui sont des valeurs et sont évaluées à l'exécution (__ sauf ''constexpr''... __)

Les paramètres template déclarés entre les chevrons peuvent ensuite être utilisés dans la fonction (même dans les paramètres de fonction et le type de retour de fonction).

Par exemple, pour la fonction ''add'', on peut écrire :

<code cpp>
template<typename T>
T add(T lhs, T rhs) {
    return lhs + rhs; 
}
</code>

On déclare ici un paramètre template qui se nomme "T", que l'on utilise comme retour de fonction et comme type pour les paramètres de fonction (n'oubliez pas que ''T'' représente un type, pas une variable).

Pour appeler une fonction template, en spécifiant les arguments :

<code cpp>
nom_fonction<arguments template>(arguments de fonction);
</code>

Les arguments template sont les types qui seront utilisés pour appeler la fonction. Par exemple, écrire ''add<int>'' permet au compilateur de remplacer ''T'' par ''int'' dans le code précédent, qui devient :

<code cpp>
int add(int lhs, int rhs) {
    return lhs + rhs; 
}
</code>

De même si on écrit ''add<double>'' ou n'importe quoi d'autre.

On peut donc appeler cette fonction ''add'' avec différents types d'arguments :

<code cpp>
int i = add<int>(1, 2);
double d = add<double>(1.2, 3.4);
</code>

Le type ''T'' est défini uniquement dans la fonction template, donc il n'est pas possible d'écrire :

<code cpp>
T i = add<int>(1, 2);
T d = add<double>(1.2, 3.4);
</code>

(cela n'aurait pas de sens, le compilateur ne sait pas si ''T'' = ''int'' ou ''double''). Il est possible d'utiliser l'inférence de type :

<code cpp>
auto i = add<int>(1, 2);
auto d = add<double>(1.2, 3.4);
</code>

Dans ce cas, le compilateur sait déterminer le type.




déduction automatique des arguments template

différence avec ''auto'' -> un seul type pour ''lhs'' et ''rhs'', ''add(1, 1.2)'' pose problème. Possible écrire :

<code cpp>
template<typename T1, typename T2, typename T3>
T1 add(T2 lhs, T3 rhs);
</code>

Nécessite de mettre ''T1'' au moins (ne peut pas être déduit)

Possible aussi de ne pas mettre ''common_type'' :

<code cpp>
template<typename T1, typename T2>
std::common_type<T1, T2> add(T1 lhs, T2 rhs);
</code>

plus besoin de spécifier le type de retour

note : template != generique. Plus puissant, langage complet (langage dans un langage, turing complet, meta programmation).


===== Les algorithmes de la bibliothèque standard =====

Idem, avec Itérateur en paramètre template. Prototype :

<code cpp>
template<typename Iterator>
void sort(Iterator begin, Iterator end);
</code>

Lorsque l'on appelle cette fonction, le compilateur détermine quel est le type de ''Iterator'' en fonction des arguments passés :

<code cpp>
std::vector<int> v {};
std::sort(std::begin(v), std::end(v); // on sait que Iterator correspond à un itérateur sur un vector<int>
</code>


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