[系统运维]《EssentialC++》笔记1—泛型编程风格

??本文主要供笔者复习使用，所以很多地方写的很简略，还请见谅。

??STL主要由两种组件构成，一是容器，包括vector、list、set、map等类.
??另一组组件是用以操作这些容器的所谓泛型算法 包括find() sort() replace() merge()等.
??vector和list是所谓的顺序容器 我们主要在顺序容器上进行所谓的迭代操作.
??map和set是关联容器。关联容器可以让我们快速查找到容器中的元素值
??map是一组key/value组合，key是关键字，用于查找，

??所谓set，其中仅含有key。我们对它进行查找操作。

??如果想建立一个索引表，我们需要减检查需要插入的key是否在set中，如果不在则插入。

??这些算法之所以称为泛型，是因为它们和它们想要操作的元素的类型无关。

??泛型算法系使用的是function template技术。

??我们想实现一个find函数，让他对任何类型的vector和arr都能生效

//利用指针和模板来实现这一要求
template <typename T>
T* find(const T* first, const T* last, const T& value)
{
	assert(first && last);
	while (first < last)
	{
		if (*first == value)
			return first;
		first++;
	}
	return 0;
}

??为了给vector也适配，需要vector中first和last的地址，我们封装成一个函数。

template <typename T>
inline T* begin(const vector<T> &vec)
{
	return vec.empty() ? 0 : &vec[0];
}
template <typename T>
inline T* end(const vector<T>& vec)
{
	return vec.empty() ? 0 : &vec[vec.size()];
}

??我们还想让这个find函数能够处理list类，但是不幸的是list类中的元素不是连续存储的，所以它的语法显著的和上面的find函数不同。

??但是C++提供了新的东西，在底层指针的行为之上提供一层抽象，取代程序原本的“指针直接操作”方式。我们把底层指针的处理通通放在此抽象层中，让用户无需直接面对指针操作。

3.1 了解泛型指针(Iterator)

??标准库提供了iterator class，这层抽象能够使的如果first和last都是iterator class object，iterator的百度翻译是迭代器，可以说是非常形象了，可以这样写：

while (first != last)
{
    cout << *first << ' ';
    ++first;
}

??这就好像把first和last当做指针一样。
??唯一的差别在于其运算符*、！=、++都是由iterator class内相关的操作符重载函数提供的。
??对于list iterator来说，其递增函数会沿着list的指针前进到下一个元素，对vector iterator而言，其递增函数前进至下一个元素的方式，是将目前的地址加上一个元素的大小。

??如何取得iterator呢，每个标准容器都有一个begin()函数和一个end()函数，范围一个iterator指针，指向第一个元素和最后一个元素的下一个位置。

??如何定义iterator？

vector<string> svec;
vector<string>::iterator iter = svec.begin();

??改进find函数:

template <typename IteratorType, typename elemtype>
IteratorType find1(IteratorType first, IteratorType last,
 const elemtype& value)
{
	while (first != last)
	{
		if (*first == value)
			return first;
		++first;
	}
	return last;
}
int main()
{
	const int size = 8;
	int a[size] = { 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21 };
	vector<int> ivec(a, a + size);
	list<int> ilist(a, a + size);
	int* p = find1(a, a + size, 1024);
	if (p == a + size)
	{
		cout << "find fail\n";
	}
	vector<int>::iterator it;
	it = find1(ivec.begin(), ivec.end(), 1024);
	if (it == ivec.end())
	{
		cout << "vector find fail\n";
	}
	list<int>::iterator iter;
	iter = find1(ilist.begin(), ilist.end(), 1024);
	if (iter == ilist.end())
	{
		cout << "list find fail\n";
	}
	return 0;
}

3.2 所有容器的共同操作

以下为所有容器类（以及string类）的共同操作

• ==和!=运算符，返回true或false
• =运算符，将某个容器复制给另一个容器
• empty()容器内无元素时返回true 否则返回false
• size()返回容器内目前元素的个数
• clear()删除所有元素。
• begin()返回一个iterator，指向指向容器的第一个元素。
• end()返回一个iterator，指向容器最后一个元素的下一个位置。
• insert()将单一或某个范围内的元素插入容器内。
• erase()将容器内的单一元素或某个范围内的元素删除。
• insert()和erase()的行为视容器本身是顺序性容器还是关联容器而有所不同。

3.3 使用顺序性容器

??vector list deque

• vector是一个动态数组

• list是一个带头双向循环链表

• deque双向队列

??deque对于最前端插入和最后端插入元素和删除元素效率较高。

??要使用顺序容器，首先要引头文件

#include <vector>
#include <list>
#include <deque>

定义顺序容器的方式

1. 产生空的容器：

   list<string> slist;
   vector<int> ivec;
   

2. 产生特定大小的容器。每个元素都以其默认值为初值

   list<int> ilist(32);
   vector<double> dvec(24);
   

3. 产生特定大小的容器，并为每个元素都指定初值。

   vector<int> ivec(32,-1);
   list<string> slist(24,"unassigned");
   

4. 通过一堆iterator产生容器。这对iterator一般用来标示一整组作为初值的元素的范围。

   int a[9] = { 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21 };
   vector<int> ivec(a, a + 8);
   

5. 根据某个已存在的容器产生新容器。

   list<string> slist;
   list<string> slist2(slist);
   

顺序容器的插入和删除

• push_back()
• push_front()
• pop_back()
• pop_front()
• front()
• back()
  作用就不说了，在数据结构中都有提到。

??insert的四种用法（配合find使用）

• iterator insert(iterator pos, elemtype val);
  //将val插入到pos位置之前 返回指向这个元素的iterator
  

• void insert(iterator pos, int count, elemtype value);
  //在pos位置之前插入count个元素 这些元素的值都和value相同
  

• void insert(iterator1 pos, iterator2 first, iterator2 last);
  //在pos位置之前插入[first, last)所标示的各个元素
  

• iterator insert(iterator pos);
  //在pos位置之前插入元素，元素的初值为其所属类型的默认值
  

??erase的两种用法

• iterator erase(iterator pos);
  //删除pos所指的元素
  

• iterator erase(iterator first, iterator last);
  //删除[first, last)范围内的元素。
  

  返回的iterator指向被删除的最后一个元素的下一个元素的位置。

  list不支持iterator的偏移运算，也就是说不能这样写

  slist.erase(it1, it1 + num);
  

3.4 使用泛型算法

#include <algorithm>

四种泛型搜索算法：

1. find()用于搜索无序集合里是否存在某值，搜索范围由iterator[first , last)标出。如果找到目标，find()会返回一个iterator指向该值，否则返回一个iterator指向last。
2. binary_search()二分查找，搜索范围同上，如果找到目标返回一个true 找不到则返回false
3. count()返回数值相符的元素数目。
4. search()对比某个容器中是否存在某个子序列，如果存在则返回一个iterator指针指向子序列起始处；否则返回一个iterator指针指向容器末尾。

??函数对象实现了我们本来可能要以独立函数加以定义的事务，主要是为了效率。

• 六个算术运算符：

  plus<type> minus<type> negate<type> 
  multiplies<type> divides<type> modules<type>
  

• 六个关系运算符：

  less<type> less_equal<type> greater<type> 
  greater_equal<type> equal_to<type> not_equal_to<type>
  

• 三个逻辑运算符

  logical_and<type> logical_or<type> logical_not<type>
  

使用它们要引头文件

#include <functional>

函数对象适配器

??函数对象适配器会对函数对象进行修改操作，binder adaper绑定适配器会将function object的参数绑定至某特定值，使二个操作数的函数对象转化为一个操作数的函数对象。

??标准库提供了两个binder adapter，bind1st会将指定值绑定至第一操作数，bind2nd则将指定值绑定至第二操作数。

??我们的需求是将用户的每个给定值与val进行比较，所以我们直接把less<int>与val绑定。

vector<int> filter(const vector<int>& vec, int val, 
less<int>& lt)
{
	vector<int> nvec;
	vector<int>::const_iterator iter = vec.begin();
	while ((iter = find_if(iter, vec.end(), bind2nd(lt, val))) 
	!= vec.end())
	{
		nvec.push_back(*iter);
		iter++;
	}
	return nvec;
}

??接下来消除filter()与vector的元素类型，以及filter()与vector容器类型的依赖关系，来让filter()更加泛型化。

template <typename InputIterator, typename OutputIterator,
	typename ElemType, typename Comp>
	OutputIterator filter(InputIterator first, 
	InputIterator last, OutputIterator at, 
	ElemType val, Comp pred)
{
	while ((first = find_if(first, last, bind2nd(pred, val)))
	!= last)
	{
		cout << "found value :" << *first << endl;
		*at++ = *first++;
	}
	return at;
}

int main()
{
	const int size = 8;
	int arr[size] = { 12,8,43,0,6,21,3,7 };
	vector<int> vec(arr, arr + size);
	int ret1[size];
	vector<int> ret2(size);
	cout << "test array :\n";
	filter(arr, arr + size, ret1, 8, less<int>());
	cout << "vector test :\n";
	list<int> l(arr, arr + size);
	list<int> ret3(size);
	filter(vec.begin(), vec.end(), ret2.begin(), 
	8, greater<int>());
	cout << "list test :\n";
	filter(l.begin(), l.end(), ret3.begin(), 
	8, less_equal<int>());
}

??取反适配器negator，它会对函数对象的真伪值取反。
??not1可以把一元操作符函数对象的真伪取反，not2可以把二元操作符的函数对象的真伪值取反。如果我们要找出大于等于10的元素，可以在while处这样修改：

while ((first = find_if(first, last, 
not1(bind2nd(pred, val)))!= last)

??练习：写一个泛型算法，给一个线性容器，返回一个线性容器，这个容器里有所有不小于给定值val的值。

template <typename OutputIterator, typename InputIterator, 
typename ElemType, typename cmp>
OutputIterator sub(InputIterator first, InputIterator last, 
OutputIterator ret, ElemType val, cmp Cmp)
{
	sort(first, last);
	if ( find_if(first, last, 
	not1(bind2nd(Cmp, val))) != last)
	{
		InputIterator iter = find_if(first, last, 
		not1(bind2nd(Cmp, val)));
		while (first != iter)
		{
			*ret++ = *first++;
		}
	}
	return ret;
}

int main()
{
	int arr[10] = { 5,6,8,9,4,3,2,1,10,7 };
	vector<int> l(arr, arr + 10);
	vector<int> ret(10);
	sub(l.begin(), l.end(), ret.begin(), 5, less<int>());
	return 0;
}

3.5 使用map

??map被定义为一对数值，其中key扮演索引的角色，通常是个字符串，另一个数值是value

#include <map>
map<string, int> words;
//输入key/value最简单的方式
words["hello"] = 1;
words[tword]会取出tword对应的value 
如果tword不在map内，它便会因此放到map中，并获得默认值0

??map对象有一个名为first的member，对应于key，有另一个名为second的member，对应于value。

??map的查找使用find函数，如果key已经在其中，会返回一个iterator，指向key/value形成的一个pair，反之返回end()。

??map的查找还可以使用count()，会返回某特定项在map内的个数。

??任何一个key值在map中最多只会有一份，如果需要存储多份相同的key值，就必须使用multimap。

3.6 使用Set

??Set由一群key组成。如果我们想知道某值是否存在于某个集合内，就可以使用set。

• 创建set

  set<ElemType> s1(iterator i1, iterator i2);
  set<ElemType> s2(ElemType val);
  

• 插入set

  s1.insert(ival);
  s2.insert(iterator1, iterator2);
  

3.7 使用Iterator Inserter

??直接使用泛型指针迭代可能容器空间不够会出问题，为此，STL提供了三个所谓的插入适配器，这些适配器让我们可以避免使用指针的运算符造成空间不够的情况。

• back_inserter()
  

  会以容器的push_back()函数取代运算符。对vector容器来说，这是比较合适的inserter，传入back_insert()的参数就是容器本身。

• inserter()
  

  会以容器的insert()函数取代运算符，inserter()函数接受两个参数，一个是容器，另一个是容器，另一个是一个iterator，指向容器内的插入操作的起点。

• front_inserter()
  

  会以容器的push_front()函数取代运算符，这个只适用于list和deque

要使用这些适配器，要引头文件

#include <iterator>

//下面是使用插入适配器泛型指针的实例
int main()
{
	const int size = 8;
	int arr[size] = { 12,8,43,0,6,21,3,7 };
	vector<int> vec(arr, arr + size);
	int ret1[size];
	vector<int> ret2(size);
	cout << "test array :\n";
	filter(arr, arr + size, ret1, 8, less<int>());
	cout << "vector test :\n";
	list<int> l(arr, arr + size);
	list<int> ret3(size);
	filter(vec.begin(), vec.end(),
	 back_inserter(ret2), 8, greater<int>());
	cout << "list test :\n";
	filter(l.begin(), l.end(),
	 front_inserter(ret3), 8, less_equal<int>());
}

3.8 使用iostream Iterator

??C++提供了可以指向输入输出流的泛型指针 它的简单用法如下：
??思想和前面的iterator的使用一样，需要一个first和一个last来标记输入的范围。

istream_iterator<string> is(cin);
//将is定义为一个绑定至标准输入设备的istream_iterator
istream_iterator<string> eof;
//不为它指定istream对象 意味着它代表end_of_file
vector<string> test;
//把标准输入的东西先放到test里
copy(is, eof, back_inserter(test));
ostream_iterator<string> os(cout, " ");
//将标准输出绑定到os上 并且输出的间隔符是第二个参数" "

??从记事本读入字符串，然后写到另一个记事本里：

ofstream out_file("output_file.txt", ios_base::app);
//第二个参数表示不丢弃原有内容的基础上追加内容。

int main()
{
	ifstream in_file("input_file.txt");
	ofstream out_file("output_file.txt");
	if (!in_file || !out_file)
	{
		cerr << "! 打开文件失败！\n";
		return -1;
	}
	istream_iterator<string> is(in_file);
	istream_iterator<string> eof;
	vector<string> test;
	copy(is, eof, back_inserter(test));
	sort(test.begin(), test.end());
	ostream_iterator<string> os(out_file, "\n");
	copy(test.begin(), test.end(), os);
}