Universidad de Costa Rica Escuela de Ciencias de la Computación e Informática

El truco del Tdef.h para la enseñanza de plantillas C++

Resumen   

Presentamos una técnica sencilla que facilita la enseñanza de plantillas para el lenguaje C++.

We discuss a simple technique to facilitate teaching C++ templates.

int main() { Stack_int S; int d = -1; S.Push(1); // 1 S.Push(2); // 1 2 S.Push(3); // 1 2 3 S.Push(4); // 1 2 3 4 S.Push(5); // 1 2 3 4 5 d = S.Pop(); // 1 2 3 4 [5] d = S.Count(); // 4

S.Push(6); // 1 2 3 4 6 d = S.Count(); // 5 S.Push(7); // 1 2 3 4 6 7 d = S.Count(); // 6 d = S.Pop(); // 1 2 3 4 6 [7] d = S.Count(); // 5 return 0; } // main()

Figura 1

      La programación genérica es una idea que tiene más de 20 años de antigüedad pero que siempre ha sido difícil de explicar debido a la necesidad de dominar los conceptos básicos sobre abstracción de algoritmos y abstracción de datos lo que fuerza a los profesores a esperar a un curso avanzado para introducir este tema. Debido que en realidad las plantillas son "polimorfismo de editor de texto" [MDC-91], es posible explicar plantillas pronto, de forma precisa y sencilla, con base en los "macro" del lenguaje C++. En la Figura 1 está un sencillo programa para introducir el concepto de contenedor como un objeto que almacena otros objetos.

int main() { Stack_int S; // ... } // main()

class Stack_int { public: Stack_int() { _top = 0; return; } void Push(int d) { _vec[_top] = d; _top++; return; } int Pop() { _top--; return _vec[_top]; } int Top() { return _vec[_top-1]; } int Count() { return _top; } private: enum { Capacity = 132 }; int _top; // tope de la pila int _vec[Capacity]; // vector para la pila }; // Stack_int

Figura 2: tStack2.cpp

      Los estudiantes comprenden fácilmente que un vector se puede usar para implementar las operaciones de la pila. Por eso la implementación que está en la parte de abajo de la Figura 2 les resulta familiar.

int main() { Stack_T S; // ... } // main()

typedef int T; class Stack_T { public: Stack_T() { _top = 0; return; } void Push(T d) { _vec[_top] = d; _top++; return; } T Pop() { _top--; return _vec[_top]; } T Top() { return _vec[_top-1]; } int Count() { return _top; } private: enum { Capacity = 132 }; int _top; // tope de la pila T _vec[Capacity]; // vector para la pila }; // Stack_T

Figura 3: tStack3.cpp

      En la Figura 3 se muestra el resultado de hacer unos pequeños cambios con el editor de textos para obtener la clase "Stack_T" cuya funcionalidad es similar a la de la clase "Stack_int" de la Figura 2. Es sencillo para los alumnos entender las ventajas de contar con una clase más general pues basta modificar una única línea de código para obtener una clase genérica:
      "typedef int T;"

// Tdef.h #ifndef Tdef_h #define Tdef_h typedef int T; #endif // Tdef_h	// Tdef.h #ifndef Tdef_h #define Tdef_h #define T int #endif // Tdef_h
#ifndef Tdef_h #include "Tdef.h" #endif // Tdef_h class Stack_T { public: Stack_T() { _top = 0; return; } void Push(T d) { _vec[_top] = d; _top++; return; } T Pop() { _top--; return _vec[_top]; } T Top() { return _vec[_top-1]; } int Count() { return _top; } private: enum { Capacity = 132 }; int _top; // tope de la pila T _vec[Capacity]; // vector para la pila }; // Stack_T

Figure 4: tStack4.cpp

      El truco del "Tdef.h" consiste en trasladar la línea en que se define el tipo de dato almacenado en la pila a un archivo de encabezado llamado "Tdef.h". El programa principal es el mismo que se usó en la Figura 2. En la parte de arriba de la Figura 4 hay 2 versiones del archivo "Tdef.h" que sirve para parametrizar la pila. Al explicar por qué es necesario usar las directivas de compilación condicional "#ifndef" se puede también explicar cómo funcionan las macros y el preprocesador C++.

int main() { Stack<int> S; // ... } // main()

template <class T> class Stack { public: Stack() { _top = 0; return; } void Push(T d) { _vec[_top] = d; _top++; return; } T Pop() { _top--; return _vec[_top]; } T Top() { return _vec[_top-1]; } int Count() { return _top; } private: enum { Capacity = 132 }; int _top; // tope de la pila T _vec[Capacity]; // vector para la pila }; // Stack

Figura 5: tStackT.cpp

      Después de haber definido la clase genérica es relativamente sencillo transformarla en una clase con plantillas, como la de la Figura 5. Muchos alumnos escogen usar la clase que usa "Tdef.h", sin plantillas, porque al codificar un programa el compilador emite errores con un significado más fácil de entender que si usaran plantillas. Los estudiantes lo prefieren a pesar de la limitación que tiene el contenedor pues sólo permite un tipo de datos.

      Los resultados de usar esta técnica didáctica son muy buenos, pues toma un alrededor de 2 horas introducir los conceptos de plantillas después de haber cubierto el preprocesador C++ y sus "macros". Debido a que los estudiantes comprenden cómo funciona el mecanismo de sustitución textual para plantillas, pueden escribir y depurar sus programas genéricos con un esfuerzo relativamente pequeño, pues primero construyen la versión "Tdef.h" y luego la "emplantillan" cuando ya está depurada.

Conclusión   

      El truco del "Tdef.h" tiene varias ventajas importantes:

• A los estudiantes y programadores se les facilita la especificación e implementación de contenedores porque el compilador verifica con más facilidad y exactitud el código que no tiene plantillas pues con algunos compiladores de C++ ocurre que no es sino hasta que se ha instanciado la plantilla con un tipo específico que el compilador la compila.
• Es más sencillo implementar un programa que no usa plantillas que uno que sí las usa.
• Ayuda a separar la abstracción de la implementación de los contenedores porque muestra que el valor contenido es secundario, aunque no por ello deja de ser importante.

Agradecimientos   

      Miguel Angel Prieto, Manuel Enrique Bermúdez y Alejandro Di Mare aportaron varias observaciones y sugerencias importantes para mejorar este trabajo.

Bibliografía   

Indice   

[-]	Resumen
[-]	Conclusión
[-]	Agradecimientos
	Bibliografía
	Indice
	Acerca del autor
	Acerca de este documento
	Principio Indice Final

Acerca del autor   

Adolfo Di Mare <adolfo@di-mare.com>

Acerca de este documento   

Referencia:	Di Mare, Adolfo: El truco del Tdef.h para la enseñanza de plantillas C++ , I Congreso Internacional de Computación 2005, Universidad Nacional de Costa Rica, setiembre 2005.
Internet:	http://www.di-mare.com/adolfo/p/tdef.htm
Autor:	Adolfo Di Mare <adolfo@di-mare.com>
Contacto:	Apdo 4249-1000, San José Costa Rica Tel: (506) 207-4020       Fax: (506) 438-0139
Revisión:	ECCI-UCR, Octubre 2004
Visitantes: