30分钟学会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：karycontact:[e-mail]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组件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：#includestring#includeiterator#includealgorithm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#includeContainerClassdequedequelistlistmapmap,multimapqueuequeue,priority_queuesetset,multisetstackstackvectorvector,vectorbool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#includeiostream.h#includealgorithmusingnamespacestd;#defineSIZE100intiarray[SIZE];intmain(){iarray[20]=50;int*ip=find(iarray,iarray+SIZE,50);if(ip==iarray+SIZE)cout50notfoundinarrayendl;elsecout*ipfoundinarrayendl;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*ipfoundinarrayendl;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#includeiostream.h#includealgorithm#includevectorusingnamespacestd;vectorintintVector(100);voidmain(){intVector[20]=50;vectorint::iteratorintIter=find(intVector.begin(),intVector.end(),50);if(intIter!=intVector.end())coutVectorcontainsvalue*intIterendl;elsecoutVectordoesnotcontain50endl;}注意用下面的方法显示搜索到的数据：coutVectorcontainsvalue*intIterendl;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：vectorint::iteratorfirst;该语句创建了一个vectorint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：constvectorint::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：templateclassInputIterator,classTInputIteratorfind(InputIteratorfirst,InputIter