《半小时学习STL》整理

指针也是迭代器

#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;
}

其中：

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) ...

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

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。

#include <iostream>
#include<vector>


#include <algorithm>


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;
}

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;

另一种防止数据被改变得方法是将容器申明为const类型。

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。

参考：http://net.pku.edu.cn/~yhf/UsingSTL.htm

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：

#include <iostream>

#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

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;

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。

#include <iostream>
#include <stdlib.h>    // Need random(), srandom()
#include <time.h>      // Need time()
#include <algorithm>   // Need sort(), copy()
#include <vector>      // Need vector
#include<iterator>

using namespace std;

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

int main()
{
    // Seed the random number generator
    srand(time(NULL));

    // Construct vector and fill with random integer values
    vector<int> collection(10);
    for (int i = 0; i < 10; i++)
        collection[i] = rand() % 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;
}

输出流迭代器ostream_iterator，该迭代器可以和任何接受一个输出迭代器的函数一起使用。

插入迭代器

插入迭代器用于将值插入到容器中。它们也叫做适配器，因为它们将容器适配或转化为一个迭代器，并用于copy()这样的算法中。例如，一个程序定义了一个链表和一个矢量容器:

list<double> dList;
vector<double> dVector;

通过使用front_inserter迭代器对象，可以只用单个copy()语句就完成将矢量中的对象插入到链表前端的操作：

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

三种插入迭代器如下：

· 普通插入器 将对象插入到容器任何对象的前面。

· Front inserters 将对象插入到数据集的前面——例如，链表表头。

· Back inserters 将对象插入到集合的尾部——例如，矢量的尾部，导致矢量容器扩展。

使用插入迭代器可能导致容器中的其他对象移动位置，因而使得现存的迭代器非法。例如，将一个对象插入到矢量容器将导致其他值移动位置以腾出空间。一般来说，插入到象链表这样的结构中更为有效，因为它们不会导致其他对象移动。

#include <iostream>

#include <algorithm>   // Need sort(), copy()
#include <vector>      // Need vector
#include<iterator>
#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;
}

输出：
Before find and copy
5 4 3 2 1
After find and copy
5 4 1 2 3 2 1
请按任意键继续. . .

可以将front_inserter替换为back_inserter：

Before find and copy
1 2 3 4 5
After find and copy
1 2 1 2 3 4 5
请按任意键继续. . .

如果用find()去查找在列表中不存在的值，例如99。由于这时将p设置为past-the-end 值。最后的copy()函数将iArray的值附加到链表的后部：

Before find and copy
1 2 3 4 5
After find and copy
1 2 3 4 5 1 2
请按任意键继续. . .

混合迭代器函数

在涉及到容器和算法的操作中，还有两个迭代器函数非常有用：

· advance() 按指定的数目增减迭代器。

· distance() 返回到达一个迭代器所需（递增）操作的数目。

例如：

#include <iostream>

#include <algorithm>   // Need sort(), copy()
#include <vector>      // Need vector
#include<iterator>
#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, back_inserter(iList));
    Display(iList, "Before find and copy");

    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 = distance(p, iList.end());
    cout << "k == " << k << endl;


    return 0;
}

void Display(list<int>& a, const char* s)
{
    cout << s << endl;
    copy(a.begin(), a.end(),
        ostream_iterator<int>(cout, " "));
    cout << endl;
}

advance()函数接受两个参数。第二个参数是向前推进的数目。对于前推迭代器，该值必须为正，而对于双向迭代器和随机访问迭代器，该值可以为负。

使用 distance()函数主要是用来求两个迭代器之间的元素个数。

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。
对容器中的数据进行用户自定义的操作。例如：

#include <iostream>

#include <stdlib.h>     // Need random(), srandom()
#include <time.h>       // Need time()
#include <vector>       // Need vector
#include <algorithm>    // Need for_each()
#include<iterator>
using namespace std;

#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()
{
    srand(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 = (rand() - (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);
}


输出：
Vector of signed long integers
-5388  8550  5035  10238  -6702  -14495  -4288  -1811  -7365  11457  7053  -250  -12492  4173  5063  -7689  9921  -8509  9803  14587  -8893  -11563  9360  -13570
Number of values: 24
Negative values : 13
请按任意键继续. . .

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。

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。

#include <iostream>
#include<iterator>
#include <numeric>      // Need accumulate()
#include <functional>   // Need multiplies() (or times())


#include <numeric>      // Need accumulate()
#include <vector>       // Need vector
#include <functional>   // Need multiplies() (or times())

#define MAX 10
using namespace std;
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;
}

『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。

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：

#include <iostream>

#include <numeric>      // Need accumulate()



#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()
#include<iterator>

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()
{
    srand(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 rand() % n;
}

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。

发生器函数类对象

下面的例子说明发生器函数类对象的使用。

#include <iostream>
#include <stdlib.h>    // Need random(), srandom()
#include <time.h>      // Need time()
#include <algorithm>   // Need random_shuffle()
#include <vector>      // Need vector
#include <functional>  // Need unary_function
#include<iterator>

using namespace std;



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 i = 15; i > 0; i--)
        sequence[i] = sequence[i + 1] + sequence[i + 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;
}

// Return next random value in sequence modulo n
unsigned int RandInt(const unsigned int n)
{
    return rand() % n;
}


输出：
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 2 4 3 7 10 1 9
请按任意键继续. . .

该程序用完全不通的方法使用rand_shuffle。Fibonacci 发生器封装在一个类中，该类能从先前的“使用”中记忆运行结果。在本例中，类FiboRand 维护了一个数组和两个索引变量I和j。

FiboRand类继承自unary_function() 模板:

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

Arg是用户自定义数据类型。该类还定以了两个成员函数，一个是构造函数，另一个是operator()（）函数，该操作符允许random_shuffle()算法象一个函数一样“调用”一个FiboRand对象。

绑定器函数对象

一个绑定器使用另一个函数对象f()和参数值V创建一个函数对象。被绑定函数对象必须为双目函数，也就是说有两个参数,A和B。STL 中的帮定器有：

· bind1st() 创建一个函数对象，该函数对象将值V作为第一个参数A。

· bind2nd()创建一个函数对象，该函数对象将值V作为第二个参数B。

#include <numeric>      // Need accumulate()


#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <functional>
#include<iterator>
#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 = count_if(aList.begin(), aList.end(),bind1st(greater<int>(), 8));
    cout << "Number elements < 8 == " << k << endl;
    return 0;
}


输出 :
Number elements < 8 == 7

Algorithm count_if()计算满足特定条件的元素的数目。 这是通过将一个函数对象和一个参数捆绑到为一个对象，并将该对象作为算法的第三个参数实现的。 注意这个表达式:

bind1st(greater<int>(), 8)该表达式将greater<int>()和一个参数值8捆绑为一个函数对象。由于使用了bind1st()，所以该函数相当于计算下述表达式：

8 > q

表达式中的q是容器中的对象。因此，完整的表达式

count_if(aList.begin(), aList.end(),
  bind1st(greater<int>(), 8), k);

计算所有小于或等于8的对象的数目。

否定函数对象

所谓否定(negator)函数对象，就是它从另一个函数对象创建而来，如果原先的函数返回真，则否定函数对象返回假。有两个否定函数对象：not1()和not2()。not1()接受单目函数对象，not2()接受双目函数对象。否定函数对象通常和帮定器一起使用。例如，上节中用bind1nd来搜索q<=8的值：

  count_if(aList.begin(), aList.end(),
    bind1st(greater<int>(), 8), k);

如果要搜索q>8的对象，则用bind2st。而现在可以这样写：

start = find_if(aList.begin(), aList.end(),  not1(bind1nd(greater<int>()));

你必须使用not1，因为bind1nd返回单目函数。

总结：使用标准模板库 (STL)

尽管很多程序员仍然在使用标准C函数，但是这就好像骑着毛驴寻找Mercedes一样。你当然最终也会到达目标，但是你浪费了很多时间。

尽管有时候使用标准C函数确实方便(如使用sprintf()进行格式化输出)。但是C函数不使用异常机制来报告错误，也不适合处理新的数据类型。而且标准C函数经常使用内存分配技术，没有经验的程序员很容易写出bug来。.

C++标准库则提供了更为安全，更为灵活的数据集处理方式。STL最初由HP实验室的Alexander Stepanov和Meng Lee开发。最近，C++标准委员会采纳了STL，尽管在不同的实现之间仍有细节差别。

STL的最主要的两个特点：数据结构和算法的分离，非面向对象本质。访问对象是通过象指针一样的迭代器实现的；容器是象链表，矢量之类的数据结构，并按模板方式提供；算法是函数模板，用于操作容器中的数据。由于STL以模板为基础，所以能用于任何数据类型和结构。

参考：http://net.pku.edu.cn/~yhf/UsingSTL.htm