STL组件之算法(1)

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。

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。』

（1）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:");  
pinter_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）