copy()之絕版應用

我選用了一個稍稍複雜一點的例子，它的大體功能是：從標準輸入設備（通常是鍵盤）讀入一些整型數據，而後對它們進行排序，最終將結果輸出到標準輸出設備（通常是顯示器屏幕）。這是一種典型的處理方式，程序自己具有了一個系統所應該具備的幾乎全部的基本特徵：輸入 + 處理 + 輸出。你將會看到三個不一樣版本的程序。第一個是沒有使用STL的普通C++程序，你將會看到完成這樣看似簡單的事情，須要花多大的力氣，並且還未必沒有一點問題（真是吃力不討好）。第二個程序的主體部分使用了STL特性，此時在第一個程序中所遇到的問題就基本能夠解決了。同時，你會發現採用了STL以後，程序變得簡潔明快，清晰易讀。第三個程序則將STL的功能發揮到了及至，你能夠看到程序裏幾乎每一行代碼都是和STL相關的。這樣的機會並不老是隨處可見的，它展示了STL中的幾乎全部的基本組成部分，儘管這看起來彷佛有點過度了。

有幾點是須要說明的：

這個例程的目的，在於向你演示如何在C++程序中使用STL，同時但願經過實踐，證實STL所帶給你的確確實實的好處。程序中用到的一些STL基本組件，好比：vector（一種容器）、sort（一種排序算法），你只須要有一個大體的概念就能夠了，這並不影響閱讀代碼和理解程序的含義。

1.初版：史前時代--轉木取火

在STL尚未降生的"黑暗時代"，C++程序員要完成前面所提到的那些功能，須要作不少事情（不過這比起C程序來，彷佛好一點），程序大體是以下這個樣子的：

// name:example2_1.cpp
#include <stdlib.h>
#include <iostream.h>
int compare(const void *arg1, const void *arg2);
void main(void)
{
 const int max_size = 10;  // 數組容許元素的最大個數
 int num[max_size];   // 整型數組

 // 從標準輸入設備讀入整數，同時累計輸入個數，
 // 直到輸入的是非整型數據爲止
 int n;
 for (n = 0; cin >> num[n]; n ++);

 // C標準庫中的快速排序（quick-sort）函數
 qsort(num, n, sizeof(int), compare);

 // 將排序結果輸出到標準輸出設備
 for (int i = 0; i < n; i ++)
  cout << num[i] << "\n";
}

// 比較兩個數的大小，
// 若是*(int *)arg1比*(int *)arg2小，則返回-1
// 若是*(int *)arg1比*(int *)arg2大，則返回1
// 若是*(int *)arg1等於*(int *)arg2，則返回0
int compare(const void *arg1, const void *arg2)
{
 return (*(int *)arg1 < *(int *)arg2) ? -1 :
   (*(int *)arg1 > *(int *)arg2) ? 1 : 0;
}

這是一個和STL沒有絲毫關係的傳統風格的C++程序。由於程序的註釋已經很詳盡了，因此不須要我再作更多的解釋。總的說來，這個程序看起來並不十分複雜（原本就沒有太多功能）。只是，那個compare函數，看起來有點費勁。指向它的函數指針被做爲最後一個實參傳入qsort函數，qsort是C程序庫stdlib.h中的一個函數。如下是qsort的函數原型：

void qsort(void *base, size_t num, size_t width, int (__cdecl *compare )(const void *elem1, const void *elem2 ) );

看起來有點使人做嘔，尤爲是最後一個參數。大概的意思是，第一個參數指明瞭要排序的數組（好比：程序中的num），第二個參數給出了數組的大小（qsort沒有足夠的智力預知你傳給它的數組的實際大小），第三個參數給出了數組中每一個元素以字節爲單位的大小。最後那個長長的傢伙，給出了排序時比較元素的方式（仍是由於qsort的智商問題）。

如下是某次運行的結果：
輸入：0 9 2 1 5 輸出：0 1 2 5 9

有一個問題，這個程序並不像看起來那麼健壯（Robust）。若是咱們輸入的數字個數超過max_size所規定的上限，就會出現數組越界問題。這個問題很嚴重，嚴重到足以使你開始從新審視這個程序的代碼。爲了彌補程序中的這一缺陷。咱們不得不考慮採用以下三種方案中的一種：
採用大容量的靜態數組分配。限定輸入的數據個數。採用動態內存分配。

第一種方案比較簡單，你所作的只是將max_size改大一點，好比：1000或者10000。可是，嚴格講這並不能最終解決問題，隱患仍然存在。假若有人足夠耐心，仍是可使你的這個通過糾正後的程序崩潰的。此外，分配一個大數組，一般是在浪費空間，由於大多數狀況下，數組中的一部分空間並無被利用。

再來看看第二種方案，經過在第一個for循環中加入一個限定條件，可使問題獲得解決。好比：for (int n = 0; cin >> num[n] && n < max_size; n ++); 可是這個方案一樣不甚理想，儘管不會使程序崩潰，但失去了靈活性，你沒法輸入更多的數。

看來只有選擇第三種方案了。是的，你能夠利用指針，以及動態內存分配妥善的解決上述問題，而且使程序具備良好的靈活性。這須要用到new，delete操做符，或者古老的malloc()，realloc()和free()函數。可是爲此，你將犧牲程序的簡潔性，使程序代碼陡增，代碼的處理邏輯也再也不像原先看起來那麼清晰了。一個compare函數或許就已經令你不耐煩了，更況且要實現這些複雜的處理機制呢？很難保證你不會在處理這個問題的時候出錯，不少程序的bug每每就是這樣產生的。同時，你還應該感謝stdlib.h，它爲你提供了qsort函數，不然，你還須要本身實現排序算法。若是你用的是冒泡法排序，那效率就不會很理想。……，問題真是愈來愈讓人頭疼了！

2.第二版：工業時代--組件化大生產

咱們應該慶幸本身所生活的年代。工業時代，科技的發展所帶來的巨大便利已經影響到了咱們生活中的每一個細節。若是你還在以原始人類的方式生活着，那我真該懷疑你是否屬於某個生活在非洲或者南美叢林裏的原始部落中的一員了，難道是瑪雅文明又重現了？

STL即是這個時代的產物，正如其餘科技成果同樣，C++程序員也應該努力使本身適應並充分利用這個"高科技成果"。讓咱們從新審視初版的那個破爛不堪的程序。試着使用一下STL，看看效果如何。

// name:example2_2.cpp
// alias:The first STL program
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

void main(void)
{
 vector<int> num;  // STL中的vector容器
 int element;

 // 從標準輸入設備讀入整數， 
 // 直到輸入的是非整型數據爲止（無效輸入）或者遇到文件結束符（ctrl+z）
 while (cin >> element)
  num.push_back(element);

 // STL中的排序算法
 sort(num.begin(), num.end());

 // 將排序結果輸出到標準輸出設備
 for (int i = 0; i < num.size(); i ++)
  cout << num[i] << "\n";
}

這個程序的主要部分改用了STL的部件，看起來要比第一個程序簡潔一點，你已經找不到那個討厭的compare函數了。它真的能很好的運行嗎？你能夠試試，由於程序的運行結果和前面的大體差很少，因此在此略去。我能夠向你保證，這個程序是足夠健壯的。不過，可能你尚未徹底看明白程序的代碼，因此我須要爲你解釋一下。畢竟，這個戲法變得太快了，較之第一個程序，一眨眼的功夫，那些老的C++程序員所熟悉的代碼都不見了，取而代之的是一些新鮮玩意兒。

程序中用到了vector，它是STL中的一個標準容器，能夠用來存放一些元素。你能夠把vector理解爲int [?]，一個整型的數組。之因此大小未知是由於，vector是一個能夠動態調整大小的容器，當容器已滿時，若是再放入元素則vector會悄悄擴大本身的容量。push_back是vector容器的一個類屬成員函數，用來在容器尾端插入一個元素。main函數中第一個while循環作的事情就是不斷向vector容器尾端插入整型數據，同時自動維護容器空間的大小。

sort是STL中的標準算法，用來對容器中的元素進行排序。它須要兩個參數用來決定容器中哪一個範圍內的元素能夠用來排序。這裏用到了vector的另兩個類屬成員函數。begin()用以指向vector的首端，而end()則指向vector的末端。這裏有兩個問題，begin()和end()的返回值是什麼？這涉及到STL的另外一個重要部件--迭代器（Iterator），不過這裏並不須要對它作詳細瞭解。你只須要把它看成是一個指針就能夠了，一個指向整型數據的指針。相應的sort函數聲明也能夠看做是void sort(int* first, int* last)，儘管這實際上很不精確。另外一個問題是和end()函數有關，儘管前面說它的返回值指向vector的末端，但這種說法不能算正確。事實上，它的返回值所指向的是vector中最末端元素的後面一個位置，即所謂pass-the-end value。這聽起來有點費解，不過沒必要在乎，這裏只是稍帶一提。總的來講，sort函數所作的事情是對那個準整型數組中的元素進行排序，一如第一個程序中的那個qsort，不過比起qsort來，sort彷佛要簡單了許多。

我想個人耐心講解應該可使你大體看懂上面的程序了，事實上STL的運用使程序的邏輯更加清晰，使代碼更易於閱讀。試問，有誰會不明白begin、end、size這樣的字眼所表達的含義呢（除非他不懂英語）？試着運行一下，看看效果。再試着多輸入幾個數，看看是否會發生數組越界現象。實踐證實，程序運行良好。是的，因爲vector容器自行維護了自身的大小，C++程序員就不用操心動態內存分配了，指針的錯誤使用畢竟會帶來不少麻煩，同時程序也會變得冗長無比。這正是前面第三種方案的缺點所在。

3.第三版：惟美主義的傑做

事態的發展有時候總會趨向極端，這在那些惟美主義者當中猶是如此。首先聲明，我並非一個惟美主義者，提供第二版程序的改進版，徹底是爲了讓你更深入的感覺到STL的魅力所在。在看完第三版以後，你會強烈感覺到這一點。或許你也會變成一個惟美主義者了，至少在STL方面。這應該不是個人錯，由於決定權在你手裏。下面咱們來看看這個絕版的C++程序。

// name:example2_3.cpp
// alias:aesthetic version
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <iterator>

using namespace std;

void main(void)
{
 typedef vector<int>    int_vector;
 typedef istream_iterator<int>    istream_itr;
 typedef ostream_iterator<int>    ostream_itr;
 typedef back_insert_iterator< int_vector > back_ins_itr;

 // STL中的vector容器
 int_vector num;

 // 從標準輸入設備讀入整數， 
 // 直到輸入的是非整型數據爲止
 copy(istream_itr(cin), istream_itr(), back_ins_itr(num));

 // STL中的排序算法
 sort(num.begin(), num.end());

 // 將排序結果輸出到標準輸出設備
 copy(num.begin(), num.end(), ostream_itr(cout, "\n"));
}

在這個程序裏幾乎每行代碼都是和STL有關的（除了main和那對花括號，固然還有註釋），而且它包含了STL中幾乎全部的各大部件（容器container，迭代器iterator, 算法algorithm, 適配器adaptor），惟一的遺憾是少了函數對象（functor）的身影。

還記得開頭提到的一個典型系統所具備的基本特徵嗎？--輸入+處理+輸出。全部這些功能，在上面的程序裏，僅僅是經過三行語句來實現的，其中每一行語句對應一種操做。對於數據的操做被高度的抽象化了，而算法和容器之間的組合，就像搭積木同樣輕鬆自如，系統的耦合度被降到了極低點。這就是閃耀着泛型之光的STL的偉大力量。如此簡潔，如此巧妙，如此神奇！就像魔術通常，以致於再一次讓你摸不着頭腦。怎麼實現的？爲何在看第二版程序的時候如此清晰的你，又墜入了五里霧中（竊喜）。

前面提到的迭代器能夠對容器內的任意元素進行定位和訪問。在STL裏，這種特性被加以推廣了。一個cin表明了來自輸入設備的一段數據流，從概念上講它對數據流的訪問功能相似於通常意義上的迭代器，可是C++中的cin在不少地方操做起來並不像是一個迭代器，緣由就在於其接口和迭代器的接口不一致（好比：不能對cin進行++運算，也不能對之進行取值運算--即*運算）。爲了解決這個矛盾，就須要引入適配器的概念。istream_iterator即是一個適配器，它將cin進行包裝，使之看起來像是一個普通的迭代器，這樣咱們就能夠將之做爲實參傳給一些算法了（好比這裏的copy算法）。由於算法只認得迭代器，而不會接受cin。對於上面程序中的第一個copy函數而言，其第一個參數展開後的形式是：istream_iterator(cin)，其第二個參數展開後的形式是：istream_iterator()（若是你對typedef的語法不清楚，能夠參考有關的c++語言書籍）。其效果是產生兩個迭代器的臨時對象，前一個指向整型輸入數據流的開始，後一個則指向"pass-the-end value"。這個函數的做用就是將整型輸入數據流從頭到尾逐一"拷貝"到vector這個準整型數組裏，第一個迭代器從開始位置每次累進，最後到達第二個迭代器所指向的位置。或許你要問，若是那個copy函數的行爲真如我所說的那樣，爲何不寫成以下這個樣子呢？

copy(istream_iterator<int>(cin), istream_iterator<int>(), num.begin());

你確實能夠這麼作，可是有一個小小的麻煩。還記得初版程序裏的那個數組越界問題嗎？若是你這麼寫的話，就會遇到相似的麻煩。緣由在於copy函數在"拷貝"數據的時候，若是輸入的數據個數超過了vector容器的範圍時，數據將會拷貝到容器的外面。此時，容器不會自動增加容量，由於這只是簡單地拷貝，並非從末端插入。爲了解決這個問題，適配器back_insert_iterator登場了，它的做用就是引導copy算法每次在容器末端插入一個數據。程序中的那個back_ins_itr(num)展開後就是：back_insert_iterator(num)，其效果是生成一個這樣的迭待器對象。

至於第三句，ostream_itr(cout, "\n")展開後的形式是：ostream_iterator(cout, "\n")，其效果是產生一個處理輸出數據流的迭待器對象，其位置指向數據流的起始處，而且以"\n"做爲分割符。第二個copy函數將會從頭到尾將vector中的內容"拷貝"到輸出設備，第一個參數所表明的迭代器將會從開始位置每次累進，最後到達第二個參數所表明的迭代器所指向的位置。

這就是所有的內容。轉自:http://www.cnblogs.com/cutepig/archive/2007/07/15/818957.html