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两个小时学习STL

2013年10月24日 ⁄ 综合 ⁄ 共 7628字 ⁄ 字号 小 中 大 ⁄ 评论关闭

网上说 30分钟，我花了 4个小时。。。

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组件
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




[cpp] view plaincopy







    

  1. #include <iostream>  
    2. 

  2. #include <stdlib.h>    // Need rand(), srand()  
    3. 

  3. #include <time.h>      // Need time()  
    4. 

  4. #include <algorithm>   // Need sort(), copy()  
    5. 

  5. #include <vector>      // Need vector  
    6. 

  6. #include <iterator>  
    7. 

  7. using namespace std;  
    8. 

  8.   
    9. 

  9. void Display(vector<int>& v, const char* s);  
    10. 

  10.   
    11. 

  11. int main()  
    12. 

  12. {  
    13. 

  13. // Seed the random number generator  
    14. 

  14.     srand( time(NULL) );  
    15. 

  15.   
    16. 

  16. // Construct vector and fill with random integer values  
    17. 

  17.     vector<int> collection(10);  
    18. 

  18.     for (int i = 0; i < 10; i++)  
    19. 

  19.         collection[i] = rand() % 10;  
    20. 

  20.   
    21. 

  21. // Display, sort, and redisplay  
    22. 

  22.     Display(collection, "Before sorting");  
    23. 

  23.     sort(collection.begin(), collection.end());  
    24. 

  24.     Display(collection, "After sorting");  
    25. 

  25.     return 0;  
    26. 

  26. }  
    27. 

  27.   
    28. 

  28. // Display label s and contents of integer vector v  
    29. 

  29. void Display(vector<int>& v, const char* s)  
    30. 

  30. {  
    31.
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