三十分钟掌握三十分钟掌握STL-教程教程
三十分钟掌握STL-教程
三十分钟掌握STL 这是本小人书。原名是《using stl》,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@163.net 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 <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);