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STL实践指南

2011-12-13 14页 doc 70KB 26阅读

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STL实践指南STL简介 一些基础概念的定义 模板(Template)——类(以及结构等各种数据类型和函数)的宏(macro)。有时叫做甜饼切割机(cookie cutter),正规的名称应叫做范型(generic)——一个类的模板叫做范型类(generic class),而一个函数的模板也自然而然地被叫做范型函数(generic function)。 STL——标准模板库,一些聪明人写的一些模板,现在已成为每个人所使用的标准C++语言中的一部分。 容器(Container)——可容纳一些数据的模板类。STL中有vector,set,...
STL实践指南
STL简介 一些基础概念的定义 模板(Template)——类(以及结构等各种数据类型和函数)的宏(macro)。有时叫做甜饼切割机(cookie cutter),正规的名称应叫做范型(generic)——一个类的模板叫做范型类(generic class),而一个函数的模板也自然而然地被叫做范型函数(generic function)。 STL——标准模板库,一些聪明人写的一些模板,现在已成为每个人所使用的标准C++语言中的一部分。 容器(Container)——可容纳一些数据的模板类。STL中有vector,set,map,multimap和deque等容器。 向量(Vector)——基本数组模板,这是一个容器。 游标(Iterator)——这是一个奇特的东西,它是一个指针,用来指向STL容器中的元素,也可以指向其它的元素。 Hello World程序 //程序:vector演示一 //目的:理解STL中的向量 // #include "stdafx.h" -如果你使用预编译的头文件就包含这个头文件 #include // STL向量的头文件。这里没有".h"。 #include // 包含cout对象的头文件。 using namespace std; //保证在程序中可以使用std命名空间中的成员。 char* szHW = "Hello World"; //这是一个字符数组,以”\0”结束。 int main(int argc, char* argv[]) { vector vec; //声明一个字符向量vector (STL中的数组) //为字符数组定义一个游标iterator。 vector ::iterator vi; //初始化字符向量,对整个字符串进行循环, //用来把数据填放到字符向量中,直到遇到”\0”时结束。 char* cptr = szHW; // 将一个指针指向“Hello World”字符串 while (*cptr != '\0') { vec.push_back(*cptr); cptr++; } // push_back函数将数据放在向量的尾部。 // 将向量中的字符一个个地显示在控制台 for (vi=vec.begin(); vi!=vec.end(); vi++) // 这是STL循环的化的开始——通常是 "!=" , 而不是 "<" // 因为"<" 在一些容器中没有定义。 // begin()返回向量起始元素的游标(iterator),end()返回向量末尾元素的游标(iterator)。 { cout << *vi; } // 使用运算符 “*” 将数据从游标指针中提取出来。 cout << endl; // 换行 return 0; } push_back是将数据放入vector(向量)或deque(双端队列)的标准函数。Insert是一个与之类似的函数,然而它在所有容器中都可以使用,但是用法更加复杂。end()实际上是取末尾加一(取容器中末尾的后一个元素),以便让循环正确运行——它返回的指针指向最靠近数组界限的数据。就像普通循环中的数组,比如for (i=0; i<6; i++) {ar[i] = i;} ——ar[6]是不存在的,在循环中不会达到这个元素,所以在循环中不会出现问题。 初始化 STL令人烦恼的地方是在它初始化的时候。STL中容器的初始化比C/C++数组初始化要麻烦的多。你只能一个元素一个元素地来,或者先初始化一个普通数组再通过转化填放到容器中。我认为人们通常可以这样做: //程序:初始化演示 //目的:为了说明STL中的向量是怎样初始化的。 #include // 相同 #include using namespace std; int ar[10] = { 12, 45, 234, 64, 12, 35, 63, 23, 12, 55 }; char* str = "Hello World"; int main(int argc, char* argv[]) { vector vec1(ar, ar+10); vector vec2(str, str+strlen(str)); return 0; } 在编程中,有很多种来完成同样的工作。另一种填充向量的方法是用更加熟悉的方括号,比如下面的程序: //程序:vector演示二 //目的:理解带有数组下标和方括号的STL向量 #include #include #include using namespace std; char* szHW = "Hello World"; int main(int argc, char* argv[]) { vector vec(strlen(sHW)); //为向量分配内存空间 int i, k = 0; char* cptr = szHW; while (*cptr != '\0') { vec[k] = *cptr; cptr++; k++; } for (i=0; i>”移位运算符混淆。比如 vector > veclis; 这样写会报错,而这样写: vector > veclis; 就可以避免错误。 集合set 一个集合(set)是一个容器,它其中所包含的元素的值是唯一的。这在收集一个数据的具体值的时候是有用的。集合中的元素按一定的顺序排列,并被作为集合中的实例。如果你需要一个键/值对(pair)来存储数据,map是一个更好的选择。一个集合通过一个链来组织,在插入操作和删除操作上比向量(vector)快,但查找或添加末尾的元素时会有些慢。 下面是一个例子: //程序:set演示 //目的:理解STL中的集合(set) #include #include #include using namespace std; int main(int argc, char* argv[]) { set strset; set ::iterator si; strset.insert("cantaloupes"); strset.insert("apple"); strset.insert("orange"); strset.insert("banana"); strset.insert("grapes"); strset.insert("grapes"); for (si=strset.begin(); si!=strset.end(); si++) { cout << *si << " "; } cout << endl; return 0; } // 输出: apple banana cantaloupes grapes orange //注意:输出的集合中的元素是按字母大小顺序排列的,而且每个值都不重复。 如果你感兴趣的话,你可以将输出循环用下面的代码替换: copy(strset.begin(), strset.end(), ostream_iterator(cout, " ")); .集合(set)虽然更强大,但我个人认为它有些不清晰的地方而且更容易出错,如果你明白了这一点,你会知道用集合(set)可以做什么。 STL实践指南(中) 所有的STL容器 容器(Container)的概念的出现早于模板(template),它原本是一个计算机科学领域中的一个重要概念,但在这里,它的概念和STL混合在一起了。下面是在STL中出现的7种容器: vector(向量)——STL中标准而安全的数组。只能在vector 的“前面”增加数据。 deque(双端队列double-ended queue)——在功能上和vector相似,但是可以在前后两端向其中添加数据。 list(列表)——游标一次只可以移动一步。如果你对链表已经很熟悉,那么STL中的list则是一个双向链表(每个节点有指向前驱和指向后继的两个指针)。 set(集合)——包含了经过排序了的数据,这些数据的值(value)必须是唯一的。 map(映射)——经过排序了的二元组的集合,map中的每个元素都是由两个值组成,其中的key(键值,一个map中的键值必须是唯一的)是在排序或搜索时使用,它的值可以在容器中重新获取;而另一个值是该元素关联的数值。比如,除了可以ar[43] = "overripe"这样找到一个数据,map还可以通过ar["banana"] = "overripe"这样的方法找到一个数据。如果你想获得其中的元素信息,通过输入元素的全名就可以轻松实现。 multiset(多重集)——和集合(set)相似,然而其中的值不要求必须是唯一的(即可以有重复)。 multimap(多重映射)——和映射(map)相似,然而其中的键值不要求必须是唯一的(即可以有重复)。 怎样在一个map中使用类? Map是一个通过key(键)来获得value(值)的模板类。 另一个问题是你希望在map中使用自己的类而不是已有的数据类型,比如现在已经用过的int。建立一个“为模板准备的(template-ready)”类,你必须确保在该类中包含一些成员函数和重载操作符。 下面的一些成员是必须的: 1) 缺省的构造函数(通常为空) 2) 拷贝构造函数 3) 重载的”=”运算符 你应该重载尽可能多的运算符来满足特定模板的需要,比如,如果你想定义一个类作为 map中的键(key),你必须重载相关的运算符。但在这里不对重载运算符做过多讨论了。 //程序:映射自定义的类。 //目的:说明在map中怎样使用自定义的类。 #include #include #include #include using namespace std; class CStudent { public : int nStudentID; int nAge; public : //缺省构造函数——通常为空 CStudent() { } // 完整的构造函数 CStudent(int nSID, int nA) { nStudentID=nSID; nAge=nA; } //拷贝构造函数 CStudent(const CStudent& ob) { nStudentID=ob.nStudentID; nAge=ob.nAge; } // 重载“=” void operator = (const CStudent& ob) { nStudentID=ob.nStudentID; nAge=ob.nAge; } }; int main(int argc, char* argv[]) { map mapStudent; mapStudent["Joe Lennon"] = CStudent(103547, 22); mapStudent["Phil McCartney"] = CStudent(100723, 22); mapStudent["Raoul Starr"] = CStudent(107350, 24); mapStudent["Gordon Hamilton"] = CStudent(102330, 22); // 通过姓名来访问Cstudent类中的成员 cout << "The Student number for Joe Lennon is " << (mapStudent["Joe Lennon"].nStudentID) << endl; return 0; } TYPEDEF 如果你喜欢使用typedef关键字,下面是个例子: typedef set SET_INT; typedef SET_INT::iterator SET_INT_ITER 编写代码的一个习惯就是使用大写字母和下划线来命名数据类型。 STL实践指南(下) 游标(Iterator) 我说过游标是指针,但不仅仅是指针。游标和指针很像,功能很像指针,但是实际上,游标是通过重载一元的”*”和”->”来从容器中间接地返回一个值。将这些值存储在容器中并不是一个好主意,因为每当一个新值添加到容器中或者有一个值从容器中删除,这些值就会失效。在某种程度上,游标可以看作是句柄(handle)。通常情况下游标(iterator)的类型可以有所变化,这样容器也会有几种不同方式的转变: iterator——对于除了vector以外的其他任何容器,你可以通过这种游标在一次操作中在容器中朝向前的方向走一步。这意味着对于这种游标你只能使用“++”操作符。而不能使用“--”或“+=”操作符。而对于vector这一种容器,你可以使用“+=”、“—”、“++”、“-=”中的任何一种操作符和“<”、“<=”、“>”、“>=”、“==”、“!=”等比较运算符。 reverse_iterator ——如果你想用向后的方向而不是向前的方向的游标来遍历除vector之外的容器中的元素,你可以使用reverse_iterator 来反转遍历的方向,你还可以用rbegin()来代替begin(),用rend()代替end(),而此时的“++”操作符会朝向后的方向遍历。 const_iterator ——一个向前方向的游标,它返回一个常数值。你可以使用这种类型的游标来指向一个只读的值。 const_reverse_iterator ——一个朝反方向遍历的游标,它返回一个常数值。 Set和Map中的排序 除了类型和值外,模板含有其他的参数。你可以传递一个回调函数(通常所说的声明“predicate”——这是带有一个参数的函数返回一个布尔值)。例如,如果你想自动建立一个集合,集合中的元素按升序排列,你可以用简明的方法建立一个set类: set > set1 greater 是另一个模板函数(范型函数),当值放置在容器中后,它用来为这些值排序。如果你想按降序排列这些值,你可以这样写: set > set1 在实现算法时,将声明(predicate)作为一个参数传递到一个STL模板类中时会遇到很多的其他情况,下面将会对这些情况进行详细描述。 算法(Algorithms) 算法是模板中使用的函数。这才真正开始体现STL的强大之处。你可以学习一些大多数模板容器中都会用到的一些算法函数,这样你可以通过最简便的方式进行排序、查找、交换等操作。STL中包含着一系列实现算法的函数。比如:sort(vec.begin()+1, vec.end()-1)可以实现对除第一个和最后一个元素的其他元素的排序操作。 容器自身不能使用算法,但两个容器中的游标可以限定容器中使用算法的元素。既然这样,算法不直接受到容器的限制,而是通过采用游标,算法才能够得到支持。此外,很多次你会遇到传递一个已经准备好了的函数(以前提到的声明:predicate)作为参数,你也可以传递以前的旧值。 下面的例子演示了怎样使用算法: //程序:测试分数统计 //目的:通过对向量中保存的分数的操作说明怎样使用算法 #include //如果要使用算法函数,你必须要包含这个头文件。 #include // 包含accumulate(求和)函数的头文件 #include #include using namespace std; int testscore[] = {67, 56, 24, 78, 99, 87, 56}; //判断一个成绩是否通过了考试 bool passed_test(int n) { return (n >= 60); } // 判断一个成绩是否不及格 bool failed_test(int n) { return (n < 60); } int main(int argc, char* argv[]) { int total; // 初始化向量,使之能够装入testscore数组中的元素 vector vecTestScore(testscore, testscore + sizeof(testscore) / sizeof(int)); vector ::iterator vi; // 排序并显示向量中的数据 sort(vecTestScore.begin(), vecTestScore.end()); cout << "Sorted Test Scores:" << endl; for (vi=vecTestScore.begin(); vi != vecTestScore.end(); vi++) { cout << *vi << ", "; } cout << endl; // 显示统计信息 // min_element 返回一个 _iterator_ 类型的对象,该对象指向值最小的那个元素。 //“*”运算符提取元素中的值。 vi = min_element(vecTestScore.begin(), vecTestScore.end()); cout << "The lowest score was " << *vi << "." << endl; //与min_element类似,max_element是选出最大值。 vi = max_element(vecTestScore.begin(), vecTestScore.end()); cout << "The highest score was " << *vi << "." << endl; // 使用声明函数(predicate function,指vecTestScore.begin()和vecTestScore.end())来确定通过考试的人数。 cout << count_if(vecTestScore.begin(), vecTestScore.end(), passed_test) << " out of " << vecTestScore.size() << " students passed the test" << endl; // 确定有多少人考试挂了 cout << count_if(vecTestScore.begin(), vecTestScore.end(), failed_test) << " out of " << vecTestScore.size() << " students failed the test" << endl; //计算成绩总和 total = accumulate(vecTestScore.begin(), vecTestScore.end(), 0); // 计算显示平均成绩 cout << "Average score was " << (total / (int)(vecTestScore.size())) << endl; return 0; } Allocator(分配器) Allocator用在模板的初始化阶段,是为对象和数组进行分配内存空间和释放空间操作的模板类。它在各种情况下扮演着很神秘的角色,它关心的是高层内存的优化,而且对黑盒测试来说,使用Allocator是最好的选择。通常,我们不需要明确指明它,因为它们通常是作为不用添加的缺省的参数出现的。 Embed Templates(嵌入式模版)和Derive Templates(基模板) 每当你使用一个普通的类的时候,你也可以在其中使用一个STL类。它是可以被嵌入的: class CParam { string name; string unit; vector vecData; }; 或者将它作为一个基类: class CParam : public vector { string name; string unit; }; STL模版类作为基类时需要谨慎。这需要你适应这种编程方式。 模版中的模版 为构建一个复杂的数据结构,你可以将一个模板植入另一个模板中(即“模版嵌套”)。一般最好的方法是在程序前面使用typedef关键字来定义一个在另一个模板中使用的模版类型。 // 程序:在向量中嵌入向量的演示。 //目的:说明怎样使用嵌套的STL容器。 #include #include using namespace std; typedef vector VEC_INT; int inp[2][2] = {{1, 1}, {2, 0}}; // 要放入模板中的2x2的正则数组 int main(int argc, char* argv[]) { int i, j; vector vecvec; // 如果你想用一句话实现这样的嵌套,你可以这样写: // vector > vecvec; // 将数组填入向量 VEC_INT v0(inp[0], inp[0]+2); // 传递两个指针 // 将数组中的值拷贝到向量中 VEC_INT v1(inp[1], inp[1]+2); vecvec.push_back(v0); vecvec.push_back(v1); for (i=0; i<2; i++) { for (j=0; j<2; j++) { cout << vecvec[i][j] << " "; } cout << endl; } return 0; } // 输出: // 1 1 // 2 0 虽然在初始化时很麻烦,一旦你将数据填如向量中,你就实现了一个变长的可扩充的二维数组(大小可扩充直到使用完内存)。根据实际需要,可以使用各种容器的嵌套组合。 //程序:测试分数统计 //目的:通过对向量中保存的分数的操作说明怎样使用算法 #include //如果要使用算法函数,你必须要包含这个头文件。 #include // 包含accumulate(求和)函数的头文件 #include #include using namespace std; int testscore[] = {67, 56, 24, 78, 99, 87, 56}; //判断一个成绩是否通过了考试 bool passed_test(int n) { return (n >= 60); } // 判断一个成绩是否不及格 bool failed_test(int n) { return (n < 60); } int main(int argc, char* argv[]) { int total; // 初始化向量,使之能够装入testscore数组中的元素 vector vecTestScore(testscore, testscore + sizeof(testscore) / sizeof(int)); vector ::iterator vi; // 排序并显示向量中的数据 sort(vecTestScore.begin(), vecTestScore.end()); cout << "Sorted Test Scores:" << endl; for (vi=vecTestScore.begin(); vi != vecTestScore.end(); vi++) { cout << *vi << ", "; } cout << endl; // 显示统计信息 // min_element 返回一个 _iterator_ 类型的对象,该对象指向值最小的那个元素。 //“*”运算符提取元素中的值。 vi = min_element(vecTestScore.begin(), vecTestScore.end()); cout << "The lowest score was " << *vi << "." << endl; //与min_element类似,max_element是选出最大值。 vi = max_element(vecTestScore.begin(), vecTestScore.end()); cout << "The highest score was " << *vi << "." << endl; // 使用声明函数(predicate function,指vecTestScore.begin()和vecTestScore.end())来确定通过考试的人数。 cout << count_if(vecTestScore.begin(), vecTestScore.end(), passed_test) << " out of " << vecTestScore.size() << " students passed the test" << endl; // 确定有多少人考试挂了 cout << count_if(vecTestScore.begin(), vecTestScore.end(), failed_test) << " out of " << vecTestScore.size() << " students failed the test" << endl; //计算成绩总和 total = accumulate(vecTestScore.begin(), vecTestScore.end(), 0); // 计算显示平均成绩 cout << "Average score was " << (total / (int)(vecTestScore.size())) << endl; return 0; }
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