譯者：kary

contact:karymay@163.net

STL概述

STL的一個(gè)重要特點(diǎn)是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的分離。盡管這是個(gè)簡(jiǎn)單的概念，但這種分離確實(shí)使得STL變得非常通用。例如，由于STL的sort()函數(shù)是完全通用的，你可以用它來(lái)操作幾乎任何數(shù)據(jù)集合，包括鏈表，容器和數(shù)組。

要點(diǎn)

STL算法作為模板函數(shù)提供。為了和其他組件相區(qū)別，在本書中STL算法以后接一對(duì)圓括弧的方式表示，例如sort()。

STL另一個(gè)重要特性是它不是面向?qū)ο蟮摹榱司哂凶銐蛲ㄓ眯裕?/span>STL主要依賴于模板而不是封裝，繼承和虛函數(shù)（多態(tài)性）——OOP的三個(gè)要素。你在STL中找不到任何明顯的類繼承關(guān)系。這好像是一種倒退，但這正好是使得STL的組件具有廣泛通用性的底層特征。另外，由于STL是基于模板，內(nèi)聯(lián)函數(shù)的使用使得生成的代碼短小高效。

提示

確保在編譯使用了STL的程序中至少要使用-O優(yōu)化來(lái)保證內(nèi)聯(lián)擴(kuò)展。STL提供了大量的模板類和函數(shù)，可以在OOP和常規(guī)編程中使用。所有的STL的大約50個(gè)算法都是完全通用的，而且不依賴于任何特定的數(shù)據(jù)類型。下面的小節(jié)說(shuō)明了三個(gè)基本的STL組件：

1）           迭代器提供了訪問(wèn)容器中對(duì)象的方法。例如，可以使用一對(duì)迭代器指定list或vector中的一定范圍的對(duì)象。迭代器就如同一個(gè)指針。事實(shí)上，C++的指針也是一種迭代器。但是，迭代器也可以是那些定義了operator*()以及其他類似于指針的操作符地方法的類對(duì)象。

2）           容器是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如list，vector，和deques ，以模板類的方法提供。為了訪問(wèn)容器中的數(shù)據(jù)，可以使用由容器類輸出的迭代器。

3）           算法是用來(lái)操作容器中的數(shù)據(jù)的模板函數(shù)。例如，STL用sort()來(lái)對(duì)一個(gè)vector中的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，用find()來(lái)搜索一個(gè)list中的對(duì)象。函數(shù)本身與他們操作的數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和類型無(wú)關(guān)，因此他們可以在從簡(jiǎn)單數(shù)組到高度復(fù)雜容器的任何數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上使用。

頭文件

為了避免和其他頭文件沖突， STL的頭文件不再使用常規(guī)的.h擴(kuò)展。為了包含標(biāo)準(zhǔn)的string類，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的頭文件，你可以看到象iterator.h和stl_iterator.h這樣的頭文件。由于這些名字在各種STL實(shí)現(xiàn)之間都可能不同，你應(yīng)該避免使用這些名字來(lái)引用這些頭文件。為了確保可移植性，使用相應(yīng)的沒(méi)有.h后綴的文件名。表1列出了最常使用的各種容器類的頭文件。該表并不完整，對(duì)于其他頭文件，我將在本章和后面的兩章中介紹。

表 1. STL頭文件和容器類

名字空間

你的編譯器可能不能識(shí)別名字空間。名字空間就好像一個(gè)信封，將標(biāo)志符封裝在另一個(gè)名字中。標(biāo)志符只在名字空間中存在，因而避免了和其他標(biāo)志符沖突。例如，可能有其他庫(kù)和程序模塊定義了sort()函數(shù)，為了避免和STL地sort()算法沖突，STL的sort()以及其他標(biāo)志符都封裝在名字空間std中。STL的sort()算法編譯為std::sort()，從而避免了名字沖突。

盡管你的編譯器可能沒(méi)有實(shí)現(xiàn)名字空間，你仍然可以使用他們。為了使用STL，可以將下面的指示符插入到你的源代碼文件中，典型地是在所有的#include指示符的后面：

using namespace std;

迭代器

迭代器提供對(duì)一個(gè)容器中的對(duì)象的訪問(wèn)方法，并且定義了容器中對(duì)象的范圍。迭代器就如同一個(gè)指針。事實(shí)上，C++的指針也是一種迭代器。但是，迭代器不僅僅是指針，因此你不能認(rèn)為他們一定具有地址值。例如，一個(gè)數(shù)組索引，也可以認(rèn)為是一種迭代器。

迭代器有各種不同的創(chuàng)建方法。程序可能把迭代器作為一個(gè)變量創(chuàng)建。一個(gè)STL容器類可能為了使用一個(gè)特定類型的數(shù)據(jù)而創(chuàng)建一個(gè)迭代器。作為指針，必須能夠使用*操作符類獲取數(shù)據(jù)。你還可以使用其他數(shù)學(xué)操作符如++。典型的，++操作符用來(lái)遞增迭代器，以訪問(wèn)容器中的下一個(gè)對(duì)象。如果迭代器到達(dá)了容器中的最后一個(gè)元素的后面，則迭代器變成past-the-end值。使用一個(gè)past-the-end值得指針來(lái)訪問(wèn)對(duì)象是非法的，就好像使用NULL或?yàn)槌跏蓟闹羔樢粯印?o:p>

提示

STL不保證可以從另一個(gè)迭代器來(lái)抵達(dá)一個(gè)迭代器。例如，當(dāng)對(duì)一個(gè)集合中的對(duì)象排序時(shí)，如果你在不同的結(jié)構(gòu)中指定了兩個(gè)迭代器，第二個(gè)迭代器無(wú)法從第一個(gè)迭代器抵達(dá)，此時(shí)程序注定要失敗。這是STL靈活性的一個(gè)代價(jià)。STL不保證檢測(cè)毫無(wú)道理的錯(cuò)誤。

迭代器的類型

對(duì)于STL數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，你可以使用五種迭代器。下面簡(jiǎn)要說(shuō)明了這五種類型：

·        Input iterators 提供對(duì)數(shù)據(jù)的只讀訪問(wèn)。

·        Output iterators 提供對(duì)數(shù)據(jù)的只寫訪問(wèn)

·        Forward iterators 提供讀寫操作，并能向前推進(jìn)迭代器。

·        Bidirectional iterators提供讀寫操作，并能向前和向后操作。

·        Random access iterators提供讀寫操作，并能在數(shù)據(jù)中隨機(jī)移動(dòng)。

盡管各種不同的STL實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)方面有所不同，還是可以將上面的迭代器想象為一種類繼承關(guān)系。從這個(gè)意義上說(shuō)，下面的迭代器繼承自上面的迭代器。由于這種繼承關(guān)系，你可以將一個(gè)Forward迭代器作為一個(gè)output或input迭代器使用。同樣，如果一個(gè)算法要求是一個(gè)bidirectional 迭代器，那么只能使用該種類型和隨機(jī)訪問(wèn)迭代器。

指針迭代器

正如下面的小程序顯示的，一個(gè)指針也是一種迭代器。該程序同樣顯示了STL的一個(gè)主要特性——它不只是能夠用于它自己的類類型，而且也能用于任何C或C++類型。Listing 1, iterdemo.cpp, 顯示了如何把指針作為迭代器用于STL的find()算法來(lái)搜索普通的數(shù)組。

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流庫(kù)和STL算法頭文件（注意沒(méi)有.h后綴），該程序告訴編譯器使用std名字空間。使用std名字空間的這行是可選的，因?yàn)榭梢詣h除該行對(duì)于這么一個(gè)小程序來(lái)說(shuō)不會(huì)導(dǎo)致名字沖突。

程序中定義了尺寸為SIZE的全局?jǐn)?shù)組。由于是全局變量，所以運(yùn)行時(shí)數(shù)組自動(dòng)初始化為零。下面的語(yǔ)句將在索引20位置處地元素設(shè)置為50,并使用find()算法來(lái)搜索值50:

iarray[20] = 50;

int* ip = find(iarray, iarray + SIZE, 50);

find()函數(shù)接受三個(gè)參數(shù)。頭兩個(gè)定義了搜索的范圍。由于C和C++數(shù)組等同于指針，表達(dá)式iarray指向數(shù)組的第一個(gè)元素。而第二個(gè)參數(shù)iarray + SIZE等同于past-the-end 值，也就是數(shù)組中最后一個(gè)元素的后面位置。第三個(gè)參數(shù)是待定位的值，也就是50。find()函數(shù)返回和前兩個(gè)參數(shù)相同類型的迭代器，這兒是一個(gè)指向整數(shù)的指針ip。

提示

必須記住STL使用模板。因此，STL函數(shù)自動(dòng)根據(jù)它們使用的數(shù)據(jù)類型來(lái)構(gòu)造。

為了判斷find()是否成功，例子中測(cè)試ip和 past-the-end 值是否相等：

if (ip == iarray + SIZE) ...

如果表達(dá)式為真，則表示在搜索的范圍內(nèi)沒(méi)有指定的值。否則就是指向一個(gè)合法對(duì)象的指針，這時(shí)可以用下面的語(yǔ)句顯示：:

cout << *ip << " found in array" << endl;

測(cè)試函數(shù)返回值和NULL是否相等是不正確的。不要象下面這樣使用：

int* ip = find(iarray, iarray + SIZE, 50);

if (ip != NULL) ...  // ??? incorrect

當(dāng)使用STL函數(shù)時(shí)，只能測(cè)試ip是否和past-the-end 值是否相等。盡管在本例中ip是一個(gè)C++指針,其用法也必須符合STL迭代器的規(guī)則。

容器迭代器

盡管C++指針也是迭代器，但用的更多的是容器迭代器。容器迭代器用法和iterdemo.cpp一樣，但和將迭代器申明為指針變量不同的是，你可以使用容器類方法來(lái)獲取迭代器對(duì)象。兩個(gè)典型的容器類方法是begin()和end()。它們?cè)诖蠖鄶?shù)容器中表示整個(gè)容器范圍。其他一些容器還使用rbegin()和rend()方法提供反向迭代器，以按反向順序指定對(duì)象范圍。

下面的程序創(chuàng)建了一個(gè)矢量容器（STL的和數(shù)組等價(jià)的對(duì)象），并使用迭代器在其中搜索。該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;

}

注意用下面的方法顯示搜索到的數(shù)據(jù)：

cout << "Vector contains value " << *intIter << endl;

常量迭代器

和指針一樣，你可以給一個(gè)迭代器賦值。例如，首先申明一個(gè)迭代器：

vector<int>::iterator first;

該語(yǔ)句創(chuàng)建了一個(gè)vector<int>類的迭代器。下面的語(yǔ)句將該迭代器設(shè)置到intVector的第一個(gè)對(duì)象，并將它指向的對(duì)象值設(shè)置為123：:

first = intVector.begin();

*first = 123;

這種賦值對(duì)于大多數(shù)容器類都是允許的，除了只讀變量。為了防止錯(cuò)誤賦值，可以申明迭代器為：

const vector<int>::iterator result;

result = find(intVector.begin(), intVector.end(), value);

if (result != intVector.end())

  *result = 123;  // ???

警告

另一種防止數(shù)據(jù)被改變得方法是將容器申明為const類型。

『呀！在VC中測(cè)試出錯(cuò),正確的含義是result成為常量而不是它指向的對(duì)象不允許改變，如同int *const p;看來(lái)這作者自己也不懂』

使用迭代器編程

你已經(jīng)見到了迭代器的一些例子，現(xiàn)在我們將關(guān)注每種特定的迭代器如何使用。由于使用迭代器需要關(guān)于STL容器類和算法的知識(shí)，在閱讀了后面的兩章后你可能需要重新復(fù)習(xí)一下本章內(nèi)容。

輸入迭代器

輸入迭代器是最普通的類型。輸入迭代器至少能夠使用==和!=測(cè)試是否相等；使用*來(lái)訪問(wèn)數(shù)據(jù)；使用++操作來(lái)遞推迭代器到下一個(gè)元素或到達(dá)past-the-end 值。

為了理解迭代器和STL函數(shù)是如何使用它們的，現(xiàn)在來(lái)看一下find()模板函數(shù)的定義：

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，該算法可能陷入死循環(huán)。

輸出迭代器

輸出迭代器缺省只寫，通常用于將數(shù)據(jù)從一個(gè)位置拷貝到另一個(gè)位置。由于輸出迭代器無(wú)法讀取對(duì)象，因此你不會(huì)在任何搜索和其他算法中使用它。要想讀取一個(gè)拷貝的值，必須使用另一個(gè)輸入迭代器（或它的繼承迭代器）。

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

當(dāng)使用copy()算法的時(shí)候，你必須確保目標(biāo)容器有足夠大的空間，或者容器本身是自動(dòng)擴(kuò)展的。

前推迭代器

前推迭代器能夠讀寫數(shù)據(jù)值，并能夠向前推進(jìn)到下一個(gè)值。但是沒(méi)法遞減。replace()算法顯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()將[first,last]范圍內(nèi)的所有值為old_value的對(duì)象替換為new_value。:

replace(vdouble.begin(), vdouble.end(), 1.5, 3.14159);

雙向迭代器

雙向迭代器要求能夠增減。如reverse()算法要求兩個(gè)雙向迭代器作為參數(shù):

template <class BidirectionalIterator>

void reverse (BidirectionalIterator first,

              BidirectionalIterator last);

使用reverse()函數(shù)來(lái)對(duì)容器進(jìn)行逆向排序:

reverse(vdouble.begin(), vdouble.end());

隨機(jī)訪問(wèn)迭代器

隨機(jī)訪問(wèn)迭代器能夠以任意順序訪問(wèn)數(shù)據(jù)，并能用于讀寫數(shù)據(jù)（不是const的C++指針也是隨機(jī)訪問(wèn)迭代器）。STL的排序和搜索函數(shù)使用隨機(jī)訪問(wèn)迭代器。隨機(jī)訪問(wèn)迭代器可以使用關(guān)系操作符作比較。

random_shuffle() 函數(shù)隨機(jī)打亂原先的順序。申明為：

template <class RandomAccessIterator>

void random_shuffle (RandomAccessIterator first,

                     RandomAccessIterator last);

使用方法：

random_shuffle(vdouble.begin(), vdouble.end());

迭代器技術(shù)

要學(xué)會(huì)使用迭代器和容器以及算法，需要學(xué)習(xí)下面的新技術(shù)。

流和迭代器

本書的很多例子程序使用I/O流語(yǔ)句來(lái)讀寫數(shù)據(jù)。例如：

int value;

cout << "Enter value: ";

cin >> value;

cout << "You entered " << value << endl;

對(duì)于迭代器，有另一種方法使用流和標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)。理解的要點(diǎn)是將輸入/輸出流作為容器看待。因此，任何接受迭代器參數(shù)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;

}

函數(shù)Display()顯示了如何使用一個(gè)輸出流迭代器。下面的語(yǔ)句將容器中的值傳輸?shù)絚out輸出流對(duì)象中:

copy(v.begin(), v.end(),

  ostream_iterator<int>(cout, "\t"));

第三個(gè)參數(shù)實(shí)例化了ostream_iterator<int>類型，并將它作為copy()函數(shù)的輸出目標(biāo)迭代器對(duì)象。“\t”字符串是作為分隔符。運(yùn)行結(jié)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

這是STL神奇的一面『確實(shí)神奇』。為定義輸出流迭代器，STL提供了模板類ostream_iterator。這個(gè)類的構(gòu)造函數(shù)有兩個(gè)參數(shù)：一個(gè)ostream對(duì)象和一個(gè)string值。因此可以象下面一樣簡(jiǎn)單地創(chuàng)建一個(gè)迭代器對(duì)象：

ostream_iterator<int>(cout, "\n")

該迭代起可以和任何接受一個(gè)輸出迭代器的函數(shù)一起使用。

插入迭代器

插入迭代器用于將值插入到容器中。它們也叫做適配器，因?yàn)樗鼈儗⑷萜鬟m配或轉(zhuǎn)化為一個(gè)迭代器，并用于copy()這樣的算法中。例如，一個(gè)程序定義了一個(gè)鏈表和一個(gè)矢量容器:

list<double> dList;

vector<double> dVector;

通過(guò)使用front_inserter迭代器對(duì)象，可以只用單個(gè)copy()語(yǔ)句就完成將矢量中的對(duì)象插入到鏈表前端的操作：

copy(dVector.begin(), dVector.end(), front_inserter(dList));

三種插入迭代器如下：

·        普通插入器 將對(duì)象插入到容器任何對(duì)象的前面。

·        Front inserters 將對(duì)象插入到數(shù)據(jù)集的前面——例如，鏈表表頭。

·        Back inserters 將對(duì)象插入到集合的尾部——例如，矢量的尾部，導(dǎo)致矢量容器擴(kuò)展。

使用插入迭代器可能導(dǎo)致容器中的其他對(duì)象移動(dòng)位置，因而使得現(xiàn)存的迭代器非法。例如，將一個(gè)對(duì)象插入到矢量容器將導(dǎo)致其他值移動(dòng)位置以騰出空間。一般來(lái)說(shuō)，插入到象鏈表這樣的結(jié)構(gòu)中更為有效，因?yàn)樗鼈儾粫?huì)導(dǎo)致其他對(duì)象移動(dòng)。

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;

}

運(yùn)行結(jié)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

可以將front_inserter替換為back_inserter試試。

如果用find()去查找在列表中不存在的值，例如99。由于這時(shí)將p設(shè)置為past-the-end 值。最后的copy()函數(shù)將iArray的值附加到鏈表的后部。

混合迭代器函數(shù)

在涉及到容器和算法的操作中，還有兩個(gè)迭代器函數(shù)非常有用：

·        advance() 按指定的數(shù)目增減迭代器。

·        distance() 返回到達(dá)一個(gè)迭代器所需（遞增）操作的數(shù)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()函數(shù)接受兩個(gè)參數(shù)。第二個(gè)參數(shù)是向前推進(jìn)的數(shù)目。對(duì)于前推迭代器，該值必須為正，而對(duì)于雙向迭代器和隨機(jī)訪問(wèn)迭代器，該值可以為負(fù)。

使用 distance()函數(shù)來(lái)返回到達(dá)另一個(gè)迭代器所需要的步驟。

注意

distance()函數(shù)是迭代的，也就是說(shuō)，它遞增第三個(gè)參數(shù)。因此，你必須初始化該參數(shù)。未初始化該參數(shù)幾乎注定要失敗。

函數(shù)和函數(shù)對(duì)象

STL中，函數(shù)被稱為算法，也就是說(shuō)它們和標(biāo)準(zhǔn)C庫(kù)函數(shù)相比，它們更為通用。STL算法通過(guò)重載operator()函數(shù)實(shí)現(xiàn)為模板類或模板函數(shù)。這些類用于創(chuàng)建函數(shù)對(duì)象，對(duì)容器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種各樣的操作。下面的幾節(jié)解釋如何使用函數(shù)和函數(shù)對(duì)象。

函數(shù)和斷言

經(jīng)常需要對(duì)容器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行用戶自定義的操作。例如，你可能希望遍歷一個(gè)容器中所有對(duì)象的STL算法能夠回調(diào)自己的函數(shù)。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);//調(diào)用普通函數(shù)

  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);//調(diào)用斷言函數(shù)

  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);

}

所謂斷言函數(shù)，就是返回bool值的函數(shù)。

函數(shù)對(duì)象

除了給STL算法傳遞一個(gè)回調(diào)函數(shù)，你還可能需要傳遞一個(gè)類對(duì)象以便執(zhí)行更復(fù)雜的操作。這樣的一個(gè)對(duì)象就叫做函數(shù)對(duì)象。實(shí)際上函數(shù)對(duì)象就是一個(gè)類，但它和回調(diào)函數(shù)一樣可以被回調(diào)。例如，在函數(shù)對(duì)象每次被for_each()或find_if()函數(shù)調(diào)用時(shí)可以保留統(tǒng)計(jì)信息。函數(shù)對(duì)象是通過(guò)重載operator()()實(shí)現(xiàn)的。如果TanyClass定義了opeator()(),那么就可以這么使用：

TAnyClass object;  // Construct object

object();          // Calls TAnyClass::operator()() function

for_each(v.begin(), v.end(), object);

STL定義了幾個(gè)函數(shù)對(duì)象。由于它們是模板，所以能夠用于任何類型，包括C/C++固有的數(shù)據(jù)類型，如long。有些函數(shù)對(duì)象從名字中就可以看出它的用途，如plus()和multiplies()。類似的greater()和less-equal()用于比較兩個(gè)值。

注意

有些版本的ANSI C++定義了times()函數(shù)對(duì)象，而GNU C++把它命名為multiplies()。使用時(shí)必須包含頭文件<functional>。

一個(gè)有用的函數(shù)對(duì)象的應(yīng)用是accumulate() 算法。該函數(shù)計(jì)算容器中所有值的總和。記住這樣的值不一定是簡(jiǎn)單的類型，通過(guò)重載operator+()，也可以是類對(duì)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>());//注意這行

  cout << "Product of values == " << product << endl;

  return 0;

}

編譯輸出如下：

$ g++ accum.cpp

$ ./a.out

Sum of values == 55

Product of values == 3628800

『注意使用了函數(shù)對(duì)象的accumulate()的用法。accumulate() 在內(nèi)部將每個(gè)容器中的對(duì)象和第三個(gè)參數(shù)作為multiplies函數(shù)對(duì)象的參數(shù),multiplies(1,v)計(jì)算乘積。VC中的這些模板的源代碼如下：

        // 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到底是怎么實(shí)現(xiàn)的，最好的辦法是寫個(gè)簡(jiǎn)單的程序，將程序中涉及到的模板源碼給copy下來(lái)，稍作整理，就能看懂了。所以沒(méi)有必要去買什么《STL源碼剖析》之類的書籍，那些書可能反而浪費(fèi)時(shí)間。』

發(fā)生器函數(shù)對(duì)象

有一類有用的函數(shù)對(duì)象是“發(fā)生器”(generator)。這類函數(shù)有自己的內(nèi)存，也就是說(shuō)它能夠從先前的調(diào)用中記住一個(gè)值。例如隨機(jī)數(shù)發(fā)生器函數(shù)。

普通的C程序員使用靜態(tài)或全局變量 “記憶”上次調(diào)用的結(jié)果。但這樣做的缺點(diǎn)是該函數(shù)無(wú)法和它的數(shù)據(jù)相分離『還有個(gè)缺點(diǎn)是要用TLS才能線程安全』。顯然，使用類來(lái)封裝一塊：“內(nèi)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()//注意這行

  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;

}

編譯運(yùn)行結(jié)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

首先用下面的語(yǔ)句申明一個(gè)對(duì)象：

pointer_to_unary_function<unsigned int, unsigned int>

  ptr_RandInt = ptr_fun(RandInt);

這兒使用STL的單目函數(shù)模板定義了一個(gè)變量ptr_RandInt，并將地址初始化到我們的函數(shù)RandInt()。單目函數(shù)接受一個(gè)參數(shù)，并返回一個(gè)值?，F(xiàn)在random_shuffle()可以如下調(diào)用：

random_shuffle(v.begin(), v.end(), ptr_RandInt);

在本例子中，發(fā)生器只是簡(jiǎn)單的調(diào)用rand()函數(shù)。

關(guān)于常量引用的一點(diǎn)小麻煩（不翻譯了，VC下將例子中的const去掉）

發(fā)生器函數(shù)類對(duì)象

下面的例子說(shuō)明發(fā)生器函數(shù)類對(duì)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;

}

編譯運(yùn)行輸出如下:

$ 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

該程序用完全不通的方法使用使用rand_shuffle。Fibonacci 發(fā)生器封裝在一個(gè)類中，該類能從先前的“使用”中記憶運(yùn)行結(jié)果。在本例中，類FiboRand 維護(hù)了一個(gè)數(shù)組和兩個(gè)索引變量I和j。

FiboRand類繼承自u(píng)nary_function() 模板:

template <class Arg>

class FiboRand : public unary_function<Arg, Arg> {...

Arg是用戶自定義數(shù)據(jù)類型。該類還定以了兩個(gè)成員函數(shù)，一個(gè)是構(gòu)造函數(shù)，另一個(gè)是operator()（）函數(shù)，該操作符允許random_shuffle()算法象一個(gè)函數(shù)一樣“調(diào)用”一個(gè)FiboRand對(duì)象。

綁定器函數(shù)對(duì)象

一個(gè)綁定器使用另一個(gè)函數(shù)對(duì)象f()和參數(shù)值V創(chuàng)建一個(gè)函數(shù)對(duì)象。被綁定函數(shù)對(duì)象必須為雙目函數(shù)，也就是說(shuō)有兩個(gè)參數(shù),A和B。STL 中的幫定器有：

·        bind1st() 創(chuàng)建一個(gè)函數(shù)對(duì)象，該函數(shù)對(duì)象將值V作為第一個(gè)參數(shù)A。

·        bind2nd()創(chuàng)建一個(gè)函數(shù)對(duì)象，該函數(shù)對(duì)象將值V作為第二個(gè)參數(shù)B。

舉例如下：

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()計(jì)算滿足特定條件的元素的數(shù)目。 這是通過(guò)將一個(gè)函數(shù)對(duì)象和一個(gè)參數(shù)捆綁到為一個(gè)對(duì)象，并將該對(duì)象作為算法的第三個(gè)參數(shù)實(shí)現(xiàn)的。 注意這個(gè)表達(dá)式:

bind1st(greater<int>(), 8)

該表達(dá)式將greater<int>()和一個(gè)參數(shù)值8捆綁為一個(gè)函數(shù)對(duì)象。由于使用了bind1st()，所以該函數(shù)相當(dāng)于計(jì)算下述表達(dá)式：

8 > q

表達(dá)式中的q是容器中的對(duì)象。因此，完整的表達(dá)式

count_if(aList.begin(), aList.end(),

  bind1st(greater<int>(), 8), k);

計(jì)算所有小于或等于8的對(duì)象的數(shù)目。

否定函數(shù)對(duì)象

所謂否定(negator)函數(shù)對(duì)象，就是它從另一個(gè)函數(shù)對(duì)象創(chuàng)建而來(lái)，如果原先的函數(shù)返回真，則否定函數(shù)對(duì)象返回假。有兩個(gè)否定函數(shù)對(duì)象：not1()和not2()。not1()接受單目函數(shù)對(duì)象，not2()接受雙目函數(shù)對(duì)象。否定函數(shù)對(duì)象通常和幫定器一起使用。例如，上節(jié)中用bind1nd來(lái)搜索q<=8的值：

  count_if(aList.begin(), aList.end(),

    bind1st(greater<int>(), 8), k);

如果要搜索q>8的對(duì)象，則用bind2st。而現(xiàn)在可以這樣寫：

start = find_if(aList.begin(), aList.end(),

                          not1(bind1nd(greater<int>(), 6)));

你必須使用not1，因?yàn)閎ind1nd返回單目函數(shù)。

總結(jié)：使用標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù) (STL)

盡管很多程序員仍然在使用標(biāo)準(zhǔn)C函數(shù)，但是這就好像騎著毛驢尋找Mercedes一樣。你當(dāng)然最終也會(huì)到達(dá)目標(biāo)，但是你浪費(fèi)了很多時(shí)間。

盡管有時(shí)候使用標(biāo)準(zhǔn)C函數(shù)確實(shí)方便(如使用sprintf()進(jìn)行格式化輸出)。但是C函數(shù)不使用異常機(jī)制來(lái)報(bào)告錯(cuò)誤，也不適合處理新的數(shù)據(jù)類型。而且標(biāo)準(zhǔn)C函數(shù)經(jīng)常使用內(nèi)存分配技術(shù)，沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的程序員很容易寫出bug來(lái)。.

C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)則提供了更為安全，更為靈活的數(shù)據(jù)集處理方式。STL最初由HP實(shí)驗(yàn)室的Alexander Stepanov和Meng Lee開發(fā)。最近，C++標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)采納了STL，盡管在不同的實(shí)現(xiàn)之間仍有細(xì)節(jié)差別。

STL的最主要的兩個(gè)特點(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的分離，非面向?qū)ο蟊举|(zhì)。訪問(wèn)對(duì)象是通過(guò)象指針一樣的迭代器實(shí)現(xiàn)的；容器是象鏈表，矢量之類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并按模板方式提供；算法是函數(shù)模板，用于操作容器中的數(shù)據(jù)。由于STL以模板為基礎(chǔ)，所以能用于任何數(shù)據(jù)類型和結(jié)構(gòu)。