三十分钟掌握STL-教程

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三十分钟掌握STL-教程

三十分钟掌握STL 这是本小人书。原名是《using stl》,不知道是谁写的。不过我倒觉得很有趣,所以化了两个晚上把它翻译出来。我没有对翻译出来的内容校验过。如果你没法在三十分钟内觉得有所收获,那么赶紧扔了它。文中我省略了很多东西。心疼那,浪费我两个晚上。 译者:kary contact:karymay@163.net STL概述 STL的一个重要特点是数据结构和算法的分离。尽管这是个简单的概念,但这种分离确实使得STL变得非常通用。例如,由于STL的sort()函数是完全通用的,你可以用它来操作几乎任何数据集合,包括链表,容器和数组。 要点 STL算法作为模板函数提供。为了和其他组件相区别,在本书中STL算法以后接一对圆括弧的方式表示,例如sort()。 STL另一个重要特性是它不是面向对象的。为了具有足够通用性,STL主要依赖于模板而不是封装,继承和虚函数(多态性)——OOP的三个要素。你在STL中找不到任何明显的类继承关系。这好像是一种倒退,但这正好是使得STL的组件具有广泛通用性的底层特征。另外,由于STL是基于模板,内联函数的使用使得生成的代码短小高效。 提示 确保在编译使用了STL的程序中至少要使用-O优化来保证内联扩展。STL提供了大量的模板类和函数,可以在OOP和常规编程中使用。所有的STL的大约50个算法都是完全通用的,而且不依赖于任何特定的数据类型。下面的小节说明了三个基本的STL组件: 1) 迭代器提供了访问容器中对象的方法。例如,可以使用一对迭代器指定list或vector中的一定范围的对象。迭代器就如同一个指针。事实上,C++的指针也是一种迭代器。但是,迭代器也可以是那些定义了operator*()以及其他类似于指针的操作符地方法的类对象。 2) 容器是一种数据结构,如list,vector,和deques ,以模板类的方法提供。为了访问容器中的数据,可以使用由容器类输出的迭代器。 3) 算法是用来操作容器中的数据的模板函数。例如,STL用sort()来对一个vector中的数据进行排序,用find()来搜索一个list中的对象。函数本身与他们操作的数据的结构和类型无关,因此他们可以在从简单数组到高度复杂容器的任何数据结构上使用。 头文件 为了避免和其他头文件冲突, STL的头文件不再使用常规的.h扩展。为了包含标准的string类,迭代器和算法,用下面的指示符: #include <string> #include <iterator> #include <algorithm> 如果你查看STL的头文件,你可以看到象iterator.h和stl_iterator.h这样的头文件。由于这些名字在各种STL实现之间都可能不同,你应该避免使用这些名字来引用这些头文件。为了确保可移植性,使用相应的没有.h后缀的文件名。表1列出了最常使用的各种容器类的头文件。该表并不完整,对于其他头文件,我将在本章和后面的两章中介绍。 表 1. STL头文件和容器类 #include Container Class <deque> deque <list> list <map> map, multimap <queue> queue, priority_queue <set> set, multiset <stack> stack <vector> vector, vector<bool> 名字空间 你的编译器可能不能识别名字空间。名字空间就好像一个信封,将标志符封装在另一个名字中。标志符只在名字空间中存在,因而避免了和其他标志符冲突。例如,可能有其他库和程序模块定义了sort()函数,为了避免和STL地sort()算法冲突,STL的sort()以及其他标志符都封装在名字空间std中。STL的sort()算法编译为std::sort(),从而避免了名字冲突。 尽管你的编译器可能没有实现名字空间,你仍然可以使用他们。为了使用STL,可以将下面的指示符插入到你的源代码文件中,典型地是在所有的#include指示符的后面: using namespace std; 迭代器 迭代器提供对一个容器中的对象的访问方法,并且定义了容器中对象的范围。迭代器就如同一个指针。事实上,C++的指针也是一种迭代器。但是,迭代器不仅仅是指针,因此你不能认为他们一定具有地址值。例如,一个数组索引,也可以认为是一种迭代器。 迭代器有各种不同的创建方法。程序可能把迭代器作为一个变量创建。一个STL容器类可能为了使用一个特定类型的数据而创建一个迭代器。作为指针,必须能够使用*操作符类获取数据。你还可以使用其他数学操作符如++。典型的,++操作符用来递增迭代器,以访问容器中的下一个对象。如果迭代器到达了容器中的最后一个元素的后面,则迭代器变成past-the-end值。使用一个past-the-end值得指针来访问对象是非法的,就好像使用NULL或为初始化的指针一样。 提示 STL不保证可以从另一个迭代器来抵达一个迭代器。例如,当对一个集合中的对象排序时,如果你在不同的结构中指定了两个迭代器,第二个迭代器无法从第一个迭代器抵达,此时程序注定要失败。这是STL灵活性的一个代价。STL不保证检测毫无道理的错误。 迭代器的类型 对于STL数据结构和算法,你可以使用五种迭代器。下面简要说明了这五种类型: · Input iterators 提供对数据的只读访问。 · Output iterators 提供对数据的只写访问 · Forward iterators 提供读写操作,并能向前推进迭代器。 · Bidirectional iterators提供读写操作,并能向前和向后操作。 · Random access iterators提供读写操作,并能在数据中随机移动。 尽管各种不同的STL实现细节方面有所不同,还是可以将上面的迭代器想象为一种类继承关系。从这个意义上说,下面的迭代器继承自上面的迭代器。由于这种继承关系,你可以将一个Forward迭代器作为一个output或input迭代器使用。同样,如果一个算法要求是一个bidirectional 迭代器,那么只能使用该种类型和随机访问迭代器。 指针迭代器 正如下面的小程序显示的,一个指针也是一种迭代器。该程序同样显示了STL的一个主要特性——它不只是能够用于它自己的类类型,而且也能用于任何C或C++类型。Listing 1, iterdemo.cpp, 显示了如何把指针作为迭代器用于STL的find()算法来搜索普通的数组。 表 1. iterdemo.cpp
#include <iostream.h>
#include <algorithm>
using namespace std;
#define SIZE 100
int iarray[SIZE];
int main()
{
iarray[20] = 50;
int* ip = find(iarray, iarray + SIZE, 50);
if (ip == iarray + SIZE)
cout << "50 not found in array" << endl;
else
cout << *ip << " found in array" << endl;
return 0;
}
在引用了I/O流库和STL算法头文件(注意没有.h后缀),该程序告诉编译器使用std名字空间。使用std名字空间的这行是可选的,因为可以删除该行对于这么一个小程序来说不会导致名字冲突。 程序中定义了尺寸为SIZE的全局数组。由于是全局变量,所以运行时数组自动初始化为零。下面的语句将在索引20位置处地元素设置为50,并使用find()算法来搜索值50:
iarray[20] = 50;
int* ip = find(iarray, iarray + SIZE, 50);
find()函数接受三个参数。头两个定义了搜索的范围。由于C和C++数组等同于指针,表达式iarray指向数组的第一个元素。而第二个参数iarray + SIZE等同于past-the-end 值,也就是数组中最后一个元素的后面位置。第三个参数是待定位的值,也就是50。find()函数返回和前两个参数相同类型的迭代器,这儿是一个指向整数的指针ip。 提示 必须记住STL使用模板。因此,STL函数自动根据它们使用的数据类型来构造。 为了判断find()是否成功,例子中测试ip和 past-the-end 值是否相等:
if (ip == iarray + SIZE) ...
如果表达式为真,则表示在搜索的范围内没有指定的值。否则就是指向一个合法对象的指针,这时可以用下面的语句显示::
cout << *ip << " found in array" << endl;
测试函数返回值和NULL是否相等是不正确的。不要象下面这样使用:
int* ip = find(iarray, iarray + SIZE, 50);
if (ip != NULL) ... // ??? incorrect
当使用STL函数时,只能测试ip是否和past-the-end 值是否相等。尽管在本例中ip是一个C++指针,其用法也必须符合STL迭代器的规则。 容器迭代器 尽管C++指针也是迭代器,但用的更多的是容器迭代器。容器迭代器用法和iterdemo.cpp一样,但和将迭代器申明为指针变量不同的是,你可以使用容器类方法来获取迭代器对象。两个典型的容器类方法是begin()和end()。它们在大多数容器中表示整个容器范围。其他一些容器还使用rbegin()和rend()方法提供反向迭代器,以按反向顺序指定对象范围。 下面的程序创建了一个矢量容器(STL的和数组等价的对象),并使用迭代器在其中搜索。该程序和前一章中的程序相同。 Listing 2. vectdemo.cpp
#include <iostream.h>
#include <algorithm>
#include <vector>
using namespace std;
vector<int> intVector(100);
void main()
{
intVector[20] = 50;
vector<int>::iterator intIter =
find(intVector.begin(), intVector.end(), 50);
if (intIter != intVector.end())
cout << "Vector contains value " << *intIter << endl;
else
cout << "Vector does not contain 50" << endl;
}
注意用下面的方法显示搜索到的数据:
cout << "Vector contains value " << *intIter << endl;
常量迭代器 和指针一样,你可以给一个迭代器赋值。例如,首先申明一个迭代器:
vector<int>::iterator first;
该语句创建了一个vector<int>类的迭代器。下面的语句将该迭代器设置到intVector的第一个对象,并将它指向的对象值设置为123::
first = intVector.begin();
*first = 123;
这种赋值对于大多数容器类都是允许的,除了只读变量。为了防止错误赋值,可以申明迭代器为:
const vector<int>::iterator result;
result = find(intVector.begin(), intVector.end(), value);
if (result != intVector.end())
*result = 123; // ???
警告 另一种防止数据被改变得方法是将容器申明为const类型。 『呀!在VC中测试出错,正确的含义是result成为常量而不是它指向的对象不允许改变,如同int *const p;看来这作者自己也不懂』 使用迭代器编程 你已经见到了迭代器的一些例子,现在我们将关注每种特定的迭代器如何使用。由于使用迭代器需要关于STL容器类和算法的知识,在阅读了后面的两章后你可能需要重新复习一下本章内容。 输入迭代器 输入迭代器是最普通的类型。输入迭代器至少能够使用==和!=测试是否相等;使用*来访问数据;使用++操作来递推迭代器到下一个元素或到达past-the-end 值。 为了理解迭代器和STL函数是如何使用它们的,现在来看一下find()模板函数的定义:
template <class InputIterator, class T>
InputIterator find(
InputIterator first, InputIterator last, const T& value) {
while (first != last && *first != value) ++first;
return first;
}
注意 在find()算法中,注意如果first和last指向不同的容器,该算法可能陷入死循环。 输出迭代器 输出迭代器缺省只写,通常用于将数据从一个位置拷贝到另一个位置。由于输出迭代器无法读取对象,因此你不会在任何搜索和其他算法中使用它。要想读取一个拷贝的值,必须使用另一个输入迭代器(或它的继承迭代器)。 Listing 3. outiter.cpp
#include <iostream.h>
#include <algorithm> // Need copy()
#include <vector> // Need vector
using namespace std;
double darray[10] =
{1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9};
vector<double> vdouble(10);
int main()
{
vector<double>::iterator outputIterator = vdouble.begin();
copy(darray, darray + 10, outputIterator);
while (outputIterator != vdouble.end()) {
cout << *outputIterator << endl;
outputIterator++;
}
return 0;
}
注意 当使用copy()算法的时候,你必须确保目标容器有足够大的空间,或者容器本身是自动扩展的。 前推迭代器 前推迭代器能够读写数据值,并能够向前推进到下一个值。但是没法递减。replace()算法显示了前推迭代器的使用方法。
template <class ForwardIterator, class T>
void replace (ForwardIterator first,
ForwardIterator last,
const T& old_value,
const T& new_value);
使用replace()将[first,last]范围内的所有值为old_value的对象替换为new_value。:
replace(vdouble.begin(), vdouble.end(), 1.5, 3.14159);
双向迭代器 双向迭代器要求能够增减。如reverse()算法要求两个双向迭代器作为参数:
template <class BidirectionalIterator>
void reverse (BidirectionalIterator first,
BidirectionalIterator last);
使用reverse()函数来对容器进行逆向排序:
reverse(vdouble.begin(), vdouble.end());
随机访问迭代器 随机访问迭代器能够以任意顺序访问数据,并能用于读写数据(不是const的C++指针也是随机访问迭代器)。STL的排序和搜索函数使用随机访问迭代器。随机访问迭代器可以使用关系操作符作比较。 random_shuffle() 函数随机打乱原先的顺序。申明为:
template <class RandomAccessIterator>
void random_shuffle (RandomAccessIterator first,
RandomAccessIterator last);
使用方法:
random_shuffle(vdouble.begin(), vdouble.end());
迭代器技术 要学会使用迭代器和容器以及算法,需要学习下面的新技术。 流和迭代器 本书的很多例子程序使用I/O流语句来读写数据。例如:
int value;
cout << "Enter value: ";
cin >> value;
cout << "You entered " << value << endl;
对于迭代器,有另一种方法使用流和标准函数。理解的要点是将输入/输出流作为容器看待。因此,任何接受迭代器参数的算法都可以和流一起工作。 Listing 4. outstrm.cpp
#include <iostream.h>
#include <stdlib.h> // Need random(), srandom()
#include <time.h> // Need time()
#include <algorithm> // Need sort(), copy()
#include <vector> // Need vector
using namespace std;
void Display(vector<int>& v, const char* s);
int main()
{
// Seed the random number generator
srandom( time(NULL) );
// Construct vector and fill with random integer values
vector<int> collection(10);
for (int i = 0; i < 10; i++)
collection[i] = random() % 10000;;
// Display, sort, and redisplay
Display(collection, "Before sorting");
sort(collection.begin(), collection.end());
Display(collection, "After sorting");
return 0;
}
// Display label s and contents of integer vector v
void Display(vector<int>& v, const char* s)
{
cout << endl << s << endl;
copy(v.begin(), v.end(),
ostream_iterator<int>(cout, " "));
cout << endl;
}
函数Display()显示了如何使用一个输出流迭代器。下面的语句将容器中的值传输到cout输出流对象中:
copy(v.begin(), v.end(),
ostream_iterator<int>(cout, " "));
第三个参数实例化了ostream_iterator<int>类型,并将它作为copy()函数的输出目标迭代器对象。“ ”字符串是作为分隔符。运行结果:
$ g++ outstrm.cpp
$ ./a.out
Before sorting
677 722 686 238 964 397 251 118 11 312
After sorting
11 118 238 251 312 397 677 686 722 964
这是STL神奇的一面『确实神奇』。为定义输出流迭代器,STL提供了模板类ostream_iterator。这个类的构造函数有两个参数:一个ostream对象和一个string值。因此可以象下面一样简单地创建一个迭代器对象:
ostream_iterator<int>(cout, " ")
该迭代起可以和任何接受一个输出迭代器的函数一起使用。 插入迭代器 插入迭代器用于将值插入到容器中。它们也叫做适配器,因为它们将容器适配或转化为一个迭代器,并用于copy()这样的算法中。例如,一个程序定义了一个链表和一个矢量容器:
list<double> dList;
vector<double> dVector;
通过使用front_inserter迭代器对象,可以只用单个copy()语句就完成将矢量中的对象插入到链表前端的操作:
copy(dVector.begin(), dVector.end(), front_inserter(dList));
三种插入迭代器如下: · 普通插入器 将对象插入到容器任何对象的前面。 · Front inserters 将对象插入到数据集的前面——例如,链表表头。 · Back inserters 将对象插入到集合的尾部——例如,矢量的尾部,导致矢量容器扩展。 使用插入迭代器可能导致容器中的其他对象移动位置,因而使得现存的迭代器非法。例如,将一个对象插入到矢量容器将导致其他值移动位置以腾出空间。一般来说,插入到象链表这样的结构中更为有效,因为它们不会导致其他对象移动。 Listing 5. insert.cpp
#include <iostream.h>
#include <algorithm>
#include <list>
using namespace std;
int iArray[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
void Display(list<int>& v, const char* s);
int main()
{
list<int> iList;
// Copy iArray backwards into iList
copy(iArray, iArray + 5, front_inserter(iList));
Display(iList, "Before find and copy");
// Locate value 3 in iList
list<int>::iterator p =
find(iList.begin(), iList.end(), 3);
// Copy first two iArray values to iList ahead of p
copy(iArray, iArray + 2, inserter(iList, p));
Display(iList, "After find and copy");
return 0;
}
void Display(list<int>& a, const char* s)
{
cout << s << endl;
copy(a.begin(), a.end(),
ostream_iterator<int>(cout, " "));
cout << endl;
}
运行结果如下:
$ g++ insert.cpp
$ ./a.out
Before find and copy
5 4 3 2 1
After find and copy
5 4 1 2 3 2 1
可以将front_inserter替换为back_inserter试试。 如果用find()去查找在列表中不存在的值,例如99。由于这时将p设置为past-the-end 值。最后的copy()函数将iArray的值附加到链表的后部。 混合迭代器函数 在涉及到容器和算法的操作中,还有两个迭代器函数非常有用: · advance() 按指定的数目增减迭代器。 · distance() 返回到达一个迭代器所需(递增)操作的数目。 例如:
list<int> iList;
list<int>::iterator p =
find(iList.begin(), iList.end(), 2);
cout << "before: p == " << *p << endl;
advance(p, 2); // same as p = p + 2;
cout << "after : p == " << *p << endl;
int k = 0;
distance(p, iList.end(), k);
cout << "k == " << k << endl;
advance()函数接受两个参数。第二个参数是向前推进的数目。对于前推迭代器,该值必须为正,而对于双向迭代器和随机访问迭代器,该值可以为负。
使用 distance()函数来返回到达另一个迭代器所需要的步骤。
注意 distance()函数是迭代的,也就是说,它递增第三个参数。因此,你必须初始化该参数。未初始化该参数几乎注定要失败。 函数和函数对象 STL中,函数被称为算法,也就是说它们和标准C库函数相比,它们更为通用。STL算法通过重载operator()函数实现为模板类或模板函数。这些类用于创建函数对象,对容器中的数据进行各种各样的操作。下面的几节解释如何使用函数和函数对象。 函数和断言 经常需要对容器中的数据进行用户自定义的操作。例如,你可能希望遍历一个容器中所有对象的STL算法能够回调自己的函数。例如
#include <iostream.h>
#include <stdlib.h> // Need random(), srandom()
#include <time.h> // Need time()
#include <vector> // Need vector
#include <algorithm> // Need for_each()
#define VSIZE 24 // Size of vector
vector<long> v(VSIZE); // Vector object
// Function prototypes
void initialize(long &ri);
void show(const long &ri);
bool isMinus(const long &ri); // Predicate function
int main()
{
srandom( time(NULL) ); // Seed random generator
for_each(v.begin(), v.end(), initialize);//调用普通函数
cout << "Vector of signed long integers" << endl;
for_each(v.begin(), v.end(), show);
cout << endl;
// Use predicate function to count negative values
//
int count = 0;
vector<long>::iterator p;
p = find_if(v.begin(), v.end(), isMinus);//调用断言函数
while (p != v.end()) {
count++;
p = find_if(p + 1, v.end(), isMinus);
}
cout << "Number of values: " << VSIZE << endl;
cout << "Negative values : " << count << endl;
return 0;
}
// Set ri to a signed integer value
void initialize(long &ri)
{
ri = ( random() - (RAND_MAX / 2) );
// ri = random();
}
// Display value of ri
void show(const long &ri)
{
cout << ri << " ";
}
// Returns true if ri is less than 0
bool isMinus(const long &ri)
{
return (ri < 0);
}
所谓断言函数,就是返回bool值的函数。 函数对象 除了给STL算法传递一个回调函数,你还可能需要传递一个类对象以便执行更复杂的操作。这样的一个对象就叫做函数对象。实际上函数对象就是一个类,但它和回调函数一样可以被回调。例如,在函数对象每次被for_each()或find_if()函数调用时可以保留统计信息。函数对象是通过重载operator()()实现的。如果TanyClass定义了opeator()(),那么就可以这么使用:
TAnyClass object; // Construct object
object(); // Calls TAnyClass::operator()() function
for_each(v.begin(), v.end(), object);
STL定义了几个函数对象。由于它们是模板,所以能够用于任何类型,包括C/C++固有的数据类型,如long。有些函数对象从名字中就可以看出它的用途,如plus()和multiplies()。类似的greater()和less-equal()用于比较两个值。 注意 有些版本的ANSI C++定义了times()函数对象,而GNU C++把它命名为multiplies()。使用时必须包含头文件<functional>。 一个有用的函数对象的应用是accumulate() 算法。该函数计算容器中所有值的总和。记住这样的值不一定是简单的类型,通过重载operator+(),也可以是类对象。 Listing 8. accum.cpp
#include <iostream.h>
#include <numeric> // Need accumulate()
#include <vector> // Need vector
#include <functional> // Need multiplies() (or times())
#define MAX 10
vector<long> v(MAX); // Vector object
int main()
{
// Fill vector using conventional loop
//
for (int i = 0; i < MAX; i++)
v[i] = i + 1;
// Accumulate the sum of contained values
//
long sum =
accumulate(v.begin(), v.end(), 0);
cout << "Sum of values == " << sum << endl;
// Accumulate the product of contained values
//
long product =
accumulate(v.begin(), v.end(), 1, multiplies<long>());//注意这行
cout << "Product of values == " << product << endl;
return 0;
}
编译输出如下:
$ g++ accum.cpp
$ ./a.out
Sum of values == 55
Product of values == 3628800
『注意使用了函数对象的accumulate()的用法。accumulate() 在内部将每个容器中的对象和第三个参数作为multiplies函数对象的参数,multiplies(1,v)计算乘积。VC中的这些模板的源代码如下: // TEMPLATE FUNCTION accumulate template<class _II, class _Ty> inline _Ty accumulate(_II _F, _II _L, _Ty _V) {for (; _F != _L; ++_F) _V = _V + *_F; return (_V); } // TEMPLATE FUNCTION accumulate WITH BINOP template<class _II, class _Ty, class _Bop> inline _Ty accumulate(_II _F, _II _L, _Ty _V, _Bop _B) {for (; _F != _L; ++_F) _V = _B(_V, *_F); return (_V); } // TEMPLATE STRUCT binary_function template<class _A1, class _A2, class _R> struct binary_function { typedef _A1 first_argument_type; typedef _A2 second_argument_type; typedef _R result_type; }; // TEMPLATE STRUCT multiplies template<class _Ty> struct multiplies : binary_function<_Ty, _Ty, _Ty> { _Ty operator()(const _Ty& _X, const _Ty& _Y) const {return (_X * _Y); } }; 引言:如果你想深入了解STL到底是怎么实现的,最好的办法是写个简单的程序,将程序中涉及到的模板源码给copy下来,稍作整理,就能看懂了。所以没有必要去买什么《STL源码剖析》之类的书籍,那些书可能反而浪费时间。』 发生器函数对象 有一类有用的函数对象是“发生器”(generator)。这类函数有自己的内存,也就是说它能够从先前的调用中记住一个值。例如随机数发生器函数。 普通的C程序员使用静态或全局变量 “记忆”上次调用的结果。但这样做的缺点是该函数无法和它的数据相分离『还有个缺点是要用TLS才能线程安全』。显然,使用类来封装一块:“内存”更安全可靠。先看一下例子: Listing 9. randfunc.cpp
#include <iostream.h>
#include <stdlib.h> // Need random(), srandom()
#include <time.h> // Need time()
#include <algorithm> // Need random_shuffle()
#include <vector> // Need vector
#include <functional> // Need ptr_fun()
using namespace std;
// Data to randomize
int iarray[10] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
vector<int> v(iarray, iarray + 10);
// Function prototypes
void Display(vector<int>& vr, const char *s);
unsigned int RandInt(const unsigned int n);
int main()
{
srandom( time(NULL) ); // Seed random generator
Display(v, "Before shuffle:");
pointer_to_unary_function<unsigned int, unsigned int>
ptr_RandInt = ptr_fun(RandInt); // Pointer to RandInt()//注意这行
random_shuffle(v.begin(), v.end(), ptr_RandInt);
Display(v, "After shuffle:");
return 0;
}
// Display contents of vector vr
void Display(vector<int>& vr, const char *s)
{
cout << endl << s << endl;
copy(vr.begin(), vr.end(), ostream_iterator<int>(cout, " "));
cout << endl;
}
// Return next random value in sequence modulo n
unsigned int RandInt(const unsigned int n)
{
return random() % n;
}
编译运行结果如下:
$ g++ randfunc.cpp
$ ./a.out
Before shuffle:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
After shuffle:
6 7 2 8 3 5 10 1 9 4
首先用下面的语句申明一个对象:
pointer_to_unary_function<unsigned int, unsigned int>
ptr_RandInt = ptr_fun(RandInt);
这儿使用STL的单目函数模板定义了一个变量ptr_RandInt,并将地址初始化到我们的函数RandInt()。单目函数接受一个参数,并返回一个值。现在random_shuffle()可以如下调用:
random_shuffle(v.begin(), v.end(), ptr_RandInt);
在本例子中,发生器只是简单的调用rand()函数。
关于常量引用的一点小麻烦(不翻译了,VC下将例子中的const去掉) 发生器函数类对象 下面的例子说明发生器函数类对象的使用。 Listing 10. fiborand.cpp
#include <iostream.h>
#include <algorithm> // Need random_shuffle()
#include <vector> // Need vector
#include <functional> // Need unary_function
using namespace std;
// Data to randomize
int iarray[10] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
vector<int> v(iarray, iarray + 10);
// Function prototype
void Display(vector<int>& vr, const char *s);
// The FiboRand template function-object class
template <class Arg>
class FiboRand : public unary_function<Arg, Arg> {
int i, j;
Arg sequence[18];
public:
FiboRand();
Arg operator()(const Arg& arg);
};
void main()
{
FiboRand<int> fibogen; // Construct generator object
cout << "Fibonacci random number generator" << endl;
cout << "using random_shuffle and a function object" << endl;
Display(v, "Before shuffle:");
random_shuffle(v.begin(), v.end(), fibogen);
Display(v, "After shuffle:");
}
// Display contents of vector vr
void Display(vector<int>& vr, const char *s)
{
cout << endl << s << endl;
copy(vr.begin(), vr.end(),
ostream_iterator<int>(cout, " "));
cout << endl;
}
// FiboRand class constructor
template<class Arg>
FiboRand<Arg>::FiboRand()
{
sequence[17] = 1;
sequence[16] = 2;
for (int n = 15; n > 0; n—)
sequence[n] = sequence[n + 1] + sequence[n + 2];
i = 17;
j = 5;
}
// FiboRand class function operator
template<class Arg>
Arg FiboRand<Arg>::operator()(const Arg& arg)
{
Arg k = sequence[i] + sequence[j];
sequence[i] = k;
i--;
j--;
if (i == 0) i = 17;
if (j == 0) j = 17;
return k % arg;
}
编译运行输出如下:
$ g++ fiborand.cpp
$ ./a.out
Fibonacci random number generator
using random_shuffle and a function object
Before shuffle:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
After shuffle:
6 8 5 4 3 7 10 1 9
该程序用完全不通的方法使用使用rand_shuffle。Fibonacci 发生器封装在一个类中,该类能从先前的“使用”中记忆运行结果。在本例中,类FiboRand 维护了一个数组和两个索引变量I和j。 FiboRand类继承自unary_function() 模板:
template <class Arg>
class FiboRand : public unary_function<Arg, Arg> {...
Arg是用户自定义数据类型。该类还定以了两个成员函数,一个是构造函数,另一个是operator()()函数,该操作符允许random_shuffle()算法象一个函数一样“调用”一个FiboRand对象。 绑定器函数对象 一个绑定器使用另一个函数对象f()和参数值V创建一个函数对象。被绑定函数对象必须为双目函数,也就是说有两个参数,A和B。STL 中的帮定器有: · bind1st() 创建一个函数对象,该函数对象将值V作为第一个参数A。 · bind2nd()创建一个函数对象,该函数对象将值V作为第二个参数B。 举例如下: Listing 11. binder.cpp
#include <iostream.h>
#include <algorithm>
#include <functional>
#include <list>
using namespace std;
// Data
int iarray[10] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
list<int> aList(iarray, iarray + 10);
int main()
{
int k = 0;
count_if(aList.begin(), aList.end(),
bind1st(greater<int>(), 8), k);
cout << "Number elements < 8 == " << k << endl;
return 0;
}
Algorithm count_if()计算满足特定条件的元素的数目。 这是通过将一个函数对象和一个参数捆绑到为一个对象,并将该对象作为算法的第三个参数实现的。 注意这个表达式:
bind1st(greater<int>(), 8)
该表达式将greater<int>()和一个参数值8捆绑为一个函数对象。由于使用了bind1st(),所以该函数相当于计算下述表达式:
8 > q
表达式中的q是容器中的对象。因此,完整的表达式
count_if(aList.begin(), aList.end(),
bind1st(greater<int>(), 8), k);
计算所有小于或等于8的对象的数目。 否定函数对象 所谓否定(negator)函数对象,就是它从另一个函数对象创建而来,如果原先的函数返回真,则否定函数对象返回假。有两个否定函数对象:not1()和not2()。not1()接受单目函数对象,not2()接受双目函数对象。否定函数对象通常和帮定器一起使用。例如,上节中用bind1nd来搜索q<=8的值:
count_if(aList.begin(), aList.end(),
bind1st(greater<int>(), 8), k);
如果要搜索q>8的对象,则用bind2st。而现在可以这样写:
start = find_if(aList.begin(), aList.end(), not1(bind1nd(greater<int>(), 6)));
你必须使用not1,因为bind1nd返回单目函数。 总结:使用标准模板库 (STL) 尽管很多程序员仍然在使用标准C函数,但是这就好像骑着毛驴寻找Mercedes一样。你当然最终也会到达目标,但是你浪费了很多时间。 尽管有时候使用标准C函数确实方便(如使用sprintf()进行格式化输出)。但是C函数不使用异常机制来报告错误,也不适合处理新的数据类型。而且标准C函数经常使用内存分配技术,没有经验的程序员很容易写出bug来。. C++标准库则提供了更为安全,更为灵活的数据集处理方式。STL最初由HP实验室的Alexander Stepanov和Meng Lee开发。最近,C++标准委员会采纳了STL,尽管在不同的实现之间仍有细节差别。 STL的最主要的两个特点:数据结构和算法的分离,非面向对象本质。访问对象是通过象指针一样的迭代器实现的;容器是象链表,矢量之类的数据结构,并按模板方式提供;算法是函数模板,用于操作容器中的数据。由于STL以模板为基础,所以能用于任何数据类型和结构。

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