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2007-05-18, 03:33 PM
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三十分钟掌握stl
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, "\t")); 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, "\t")); 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。“\t”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, "\n") 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 中的绑定器有： · 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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