STL.docx
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STL
三十分钟掌握STL
这是本小人书。
原名是《usingstl》，不知道是谁写的。
不过我倒觉得很有趣，所以化了两个晚上把它翻译出来。
我没有对翻译出来的内容校验过。
如果你没法在三十分钟内觉得有所收获，那么赶紧扔了它。
文中我省略了很多东西。
心疼那，浪费我两个晚上。
译者：
kary
contact:
karymay@
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
#include
#include
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
ContainerClass
deque
list
map,multimap
queue,priority_queue
set,multiset
stack
vector,vector
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：
usingnamespacestd;
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：
∙ Inputiterators 提供对数据的只读访问。
∙ Outputiterators 提供对数据的只写访问
∙ Forwarditerators 提供读写操作，并能向前推进迭代器。
∙ Bidirectionaliterators提供读写操作，并能向前和向后操作。
∙ Randomaccessiterators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。
Listing1,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
#include
usingnamespacestd;
#defineSIZE100
intiarray[SIZE];
intmain（）
{
iarray[20]=50;
int*ip=find（iarray,iarray+SIZE,50）;
if（ip==iarray+SIZE）
cout<<"50notfoundinarray"< else
cout<<*ip<<"foundinarray"< return0;
}
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<<"foundinarray"<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。
Listing2.vectdemo.cpp
#include
#include
#include
usingnamespacestd;
vectorintVector（100）;
voidmain（）
{
intVector[20]=50;
vector:
:
iteratorintIter=
find（intVector.begin（）,intVector.end（）,50）;
if（intIter!
=intVector.end（））
cout<<"Vectorcontainsvalue"<<*intIter< else
cout<<"Vectordoesnotcontain50"<}
注意用下面的方法显示搜索到的数据：
cout<<"Vectorcontainsvalue"<<*intIter<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:
:
iteratorfirst;
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：
constvector:
:
iteratorresult;
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*constp;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
InputIteratorfind（
InputIteratorfirst,InputIteratorlast,constT&value）{
while（first!
=last&&*first!
=value）++first;
returnfirst;
}
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）。
Listing3.outiter.cpp
#include
#include //Needcopy（）
#include //Needvector
usingnamespacestd;
doubledarray[10]=
{1.0,1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8,1.9};
vectorvdouble（10）;
intmain（）
{
vector:
:
iteratoroutputIterator=vdouble.begin（）;
copy（darray,darray+10,outputIterator）;
while（outputIterator!
=vdouble.end（））{
cout<<*outputIterator< outputIterator++;
}
return0;
}
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
voidreplace（ForwardIteratorfirst,
ForwardIteratorlast,
constT&old_value,
constT&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
voidreverse（BidirectionalIteratorfirst,
BidirectionalIteratorlast）;
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
voidrandom_shuffle（RandomAccessIteratorfirst,
RandomAccessIteratorlast）;
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：
intvalue;
cout<<"Entervalue:
";
cin>>value;
cout<<"Youentered"<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。
Listing4.outstrm.cpp
#include
#include //Needrandom（）,srandom（）
#include //Needtime（）
#include //Needsort（）,copy（）
#include //Needvector
usingnamespacestd;
voidDisplay（vector&v,constchar*s）;
intmain（）
{
//Seedtherandomnumbergenerator
srandom（time（NULL））;
//Constructvectorandfillwithrandomintegervalues
vectorcollection（10）;
for（inti=0;i<10;i++）
collection[i]=random（）%10000;;
//Display,sort,andredisplay
Display（collection,"Beforesorting"）;
sort（collection.begin（）,collection.end（））;
Display（collection,"Aftersorting"）;
return0;
}
//Displaylabelsandcontentsofintegervectorv
voidDisplay（vector&v,constchar*s）
{
cout< copy（v.begin（）,v.end（）,
ostream_iterator（cout,"\t"））;
cout<}
函数Display（）显示了如何使用一个输出流迭代器。
下面的语句将容器中的值传输到cout输出流对象中:
copy（v.begin（）,v.end（）,
ostream_iterator（cout,"\t"））;
第三个参数实例化了ostream_iterator类型，并将它作为copy（）函数的输出目标迭代器对象。
“\t”字符串是作为分隔符。
运行结果：
$g++outstrm.cpp
$./a.out
Beforesorting
677 722 686 238 964 397 251 118 11 312
Aftersorting
11 118 238 251 312 397 677 686 722 964
这是STL神奇的一面『确实神奇』。
为定义输出流迭代器，STL提供了模板类ostream_iterator。
这个类的构造函数有两个参数：
一个ostream对象和一个string值。
因此可以象下面一样简单地创建一个迭代器对象：
ostream_iterator（cout,"\n"）
该迭代起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:
listdList;
vectordVector;
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。
∙ Frontinserters 将对象插入到数据集的前面——例如，链表表头。
∙ Backinserters 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。
Listing5.insert.cpp
#include
#include
#include
usingnamespacestd;
intiArray[5]={1,2,3,4,5};
voidDisplay（list&v,constchar*s）;
intmain（）
{
listiList;
//CopyiArraybackwardsintoiList
copy（iArray,iArray+5,front_inserter（iList））;
Display（iList,"Beforefindandco
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