STL

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STL概述

STL的一個重要特色是數據結構和算法的分離。儘管這是個簡單的概念，但這種分離確實使得STL變得很是通用。例如，因爲STL的sort()函數是徹底通用的，你能夠用它來操做幾乎任何數據集合，包括鏈表，容器和數組。

要點

STL算法做爲模板函數提供。爲了和其餘組件相區別，在本書中STL算法之後接一對圓括弧的方式表示，例如sort()。

STL另外一個重要特性是它不是面向對象的。爲了具備足夠通用性，STL主要依賴於模板而不是封裝，繼承和虛函數（多態性）——OOP的三個要素。你在STL中找不到任何明顯的類繼承關係。這好像是一種倒退，但這正好是使得STL的組件具備普遍通用性的底層特徵。另外，因爲STL是基於模板，內聯函數的使用使得生成的代碼短小高效。

提示

確保在編譯使用了STL的程序中至少要使用-O優化來保證內聯擴展。STL提供了大量的模板類和函數，能夠在OOP和常規編程中使用。全部的STL的大約50個算法都是徹底通用的，並且不依賴於任何特定的數據類型。下面的小節說明了三個基本的STL組件：

1）           迭代器提供了訪問容器中對象的方法。例如，可使用一對迭代器指定list或vector中的必定範圍的對象。迭代器就如同一個指針。事實上，C++的指針也是一種迭代器。可是，迭代器也能夠是那些定義了operator*()以及其餘相似於指針的操做符地方法的類對象。

2）           容器是一種數據結構，如list，vector，和deques ，以模板類的方法提供。爲了訪問容器中的數據，可使用由容器類輸出的迭代器。

3）           算法是用來操做容器中的數據的模板函數。例如，STL用sort()來對一個vector中的數據進行排序，用find()來搜索一個list中的對象。函數自己與他們操做的數據的結構和類型無關，所以他們能夠在從簡單數組到高度複雜容器的任何數據結構上使用。

頭文件

爲了不和其餘頭文件衝突， STL的頭文件再也不使用常規的.h擴展。爲了包含標準的string類，迭代器和算法，用下面的指示符：

#include <string>

#include <iterator>

#include <algorithm> 

若是你查看STL的頭文件，你能夠看到象iterator.h和stl_iterator.h這樣的頭文件。因爲這些名字在各類STL實現之間均可能不一樣，你應該避免使用這些名字來引用這些頭文件。爲了確保可移植性，使用相應的沒有.h後綴的文件名。表1列出了最常使用的各類容器類的頭文件。該表並不完整，對於其餘頭文件，我將在本章和後面的兩章中介紹。

 

表 1. STL頭文件和容器類

#include	Container Class
<deque>	deque
<list>	list
<map>	map, multimap
<queue>	queue, priority_queue
<set>	set, multiset
<stack>	stack
<vector>	vector, vector<bool>

 

名字空間

你的編譯器可能不能識別名字空間。名字空間就好像一個信封，將標誌符封裝在另外一個名字中。標誌符只在名字空間中存在，於是避免了和其餘標誌符衝突。例如，可能有其餘庫和程序模塊定義了sort()函數，爲了不和STL地sort()算法衝突，STL的sort()以及其餘標誌符都封裝在名字空間std中。STL的sort()算法編譯爲std::sort()，從而避免了名字衝突。

儘管你的編譯器可能沒有實現名字空間，你仍然可使用他們。爲了使用STL，能夠將下面的指示符插入到你的源代碼文件中，典型地是在全部的#include指示符的後面：

 

using namespace std;

 

迭代器

迭代器提供對一個容器中的對象的訪問方法，而且定義了容器中對象的範圍。迭代器就如同一個指針。事實上，C++的指針也是一種迭代器。可是，迭代器不只僅是指針，所以你不能認爲他們必定具備地址值。例如，一個數組索引，也能夠認爲是一種迭代器。

迭代器有各類不一樣的建立方法。程序可能把迭代器做爲一個變量建立。一個STL容器類可能爲了使用一個特定類型的數據而建立一個迭代器。做爲指針，必須可以使用*操做符類獲取數據。你還可使用其餘數學操做符如++。典型的，++操做符用來遞增迭代器，以訪問容器中的下一個對象。若是迭代器到達了容器中的最後一個元素的後面，則迭代器變成past-the-end值。使用一個past-the-end值得指針來訪問對象是非法的，就好像使用NULL或爲初始化的指針同樣。

提示

STL不保證能夠從另外一個迭代器來抵達一個迭代器。例如，當對一個集合中的對象排序時，若是你在不一樣的結構中指定了兩個迭代器，第二個迭代器沒法從第一個迭代器抵達，此時程序註定要失敗。這是STL靈活性的一個代價。STL不保證檢測毫無道理的錯誤。

迭代器的類型

對於STL數據結構和算法，你可使用五種迭代器。下面簡要說明了這五種類型：

• Input iterators 提供對數據的只讀訪問。
• Output iterators 提供對數據的只寫訪問
• Forward iterators 提供讀寫操做，並能向前推動迭代器。
• Bidirectional iterators提供讀寫操做，並能向前和向後操做。
• Random access iterators提供讀寫操做，並能在數據中隨機移動。

儘管各類不一樣的STL實現細節方面有所不一樣，仍是能夠將上面的迭代器想象爲一種類繼承關係。從這個意義上說，下面的迭代器繼承自上面的迭代器。因爲這種繼承關係，你能夠將一個Forward迭代器做爲一個output或input迭代器使用。一樣，若是一個算法要求是一個bidirectional 迭代器，那麼只能使用該種類型和隨機訪問迭代器。

指針迭代器

正以下面的小程序顯示的，一個指針也是一種迭代器。該程序一樣顯示了STL的一個主要特性——它不僅是可以用於它本身的類類型，並且也能用於任何C或C++類型。Listing 1, iterdemo.cpp, 顯示瞭如何把指針做爲迭代器用於STL的find()算法來搜索普通的數組。

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流庫和STL算法頭文件（注意沒有.h後綴），該程序告訴編譯器使用std名字空間。使用std名字空間的這行是可選的，由於能夠刪除該行對於這麼一個小程序來講不會致使名字衝突。

程序中定義了尺寸爲SIZE的全局數組。因爲是全局變量，因此運行時數組自動初始化爲零。下面的語句將在索引20位置處地元素設置爲50,並使用find()算法來搜索值50:

iarray[20] = 50;
int* ip = find(iarray, iarray + SIZE, 50);

find()函數接受三個參數。頭兩個定義了搜索的範圍。因爲C和C++數組等同於指針，表達式iarray指向數組的第一個元素。而第二個參數iarray + SIZE等同於past-the-end 值，也就是數組中最後一個元素的後面位置。第三個參數是待定位的值，也就是50。find()函數返回和前兩個參數相同類型的迭代器，這兒是一個指向整數的指針ip。

提示

必須記住STL使用模板。所以，STL函數自動根據它們使用的數據類型來構造。

爲了判斷find()是否成功，例子中測試ip和 past-the-end 值是否相等：

if (ip == iarray + SIZE) ...

若是表達式爲真，則表示在搜索的範圍內沒有指定的值。不然就是指向一個合法對象的指針，這時能夠用下面的語句顯示：:

cout << *ip << " found in array" << endl;

測試函數返回值和NULL是否相等是不正確的。不要象下面這樣使用：

int* ip = find(iarray, iarray + SIZE, 50);
if (ip != NULL) ...  // ??? incorrect

當使用STL函數時，只能測試ip是否和past-the-end 值是否相等。儘管在本例中ip是一個C++指針,其用法也必須符合STL迭代器的規則。

容器迭代器

儘管C++指針也是迭代器，但用的更多的是容器迭代器。容器迭代器用法和iterdemo.cpp同樣，但和將迭代器申明爲指針變量不一樣的是，你可使用容器類方法來獲取迭代器對象。兩個典型的容器類方法是begin()和end()。它們在大多數容器中表示整個容器範圍。其餘一些容器還使用rbegin()和rend()方法提供反向迭代器，以按反向順序指定對象範圍。

下面的程序建立了一個矢量容器（STL的和數組等價的對象），並使用迭代器在其中搜索。該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;
}

注意用下面的方法顯示搜索到的數據：

cout << "Vector contains value " << *intIter << endl;

常量迭代器

和指針同樣，你能夠給一個迭代器賦值。例如，首先申明一個迭代器：

vector<int>::iterator first;

該語句建立了一個vector<int>類的迭代器。下面的語句將該迭代器設置到intVector的第一個對象，並將它指向的對象值設置爲123：:

first = intVector.begin();
*first = 123;

這種賦值對於大多數容器類都是容許的，除了只讀變量。爲了防止錯誤賦值，能夠申明迭代器爲：

const vector<int>::iterator result;
result = find(intVector.begin(), intVector.end(), value);
if (result != intVector.end())
  *result = 123;  // ???

警告

另外一種防止數據被改變得方法是將容器申明爲const類型。

『呀！在VC中測試出錯,正確的含義是result成爲常量而不是它指向的對象不容許改變，如同int *const p;看來這做者本身也不懂』

使用迭代器編程

你已經見到了迭代器的一些例子，如今咱們將關注每種特定的迭代器如何使用。因爲使用迭代器須要關於STL容器類和算法的知識，在閱讀了後面的兩章後你可能須要從新複習一下本章內容。

輸入迭代器

輸入迭代器是最普通的類型。輸入迭代器至少可以使用==和!=測試是否相等；使用*來訪問數據；使用++操做來遞推迭代器到下一個元素或到達past-the-end 值。

爲了理解迭代器和STL函數是如何使用它們的，如今來看一下find()模板函數的定義：

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，注意若是first和last指向不一樣的容器，該算法可能陷入死循環。

輸出迭代器

輸出迭代器缺省只寫，一般用於將數據從一個位置拷貝到另外一個位置。因爲輸出迭代器沒法讀取對象，所以你不會在任何搜索和其餘算法中使用它。要想讀取一個拷貝的值，必須使用另外一個輸入迭代器（或它的繼承迭代器）。

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);
 
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

當使用copy()算法的時候，你必須確保目標容器有足夠大的空間，或者容器自己是自動擴展的。

前推迭代器

前推迭代器可以讀寫數據值，並可以向前推動到下一個值。可是無法遞減。replace()算法顯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()將[first,last]範圍內的全部值爲old_value的對象替換爲new_value。:

replace(vdouble.begin(), vdouble.end(), 1.5, 3.14159);

雙向迭代器

雙向迭代器要求可以增減。如reverse()算法要求兩個雙向迭代器做爲參數:

template <class BidirectionalIterator>
void reverse (BidirectionalIterator first,
              BidirectionalIterator last);

使用reverse()函數來對容器進行逆向排序:

reverse(vdouble.begin(), vdouble.end());

隨機訪問迭代器

隨機訪問迭代器可以以任意順序訪問數據，並能用於讀寫數據（不是const的C++指針也是隨機訪問迭代器）。STL的排序和搜索函數使用隨機訪問迭代器。隨機訪問迭代器可使用關係操做符做比較。

random_shuffle() 函數隨機打亂原先的順序。申明爲：

template <class RandomAccessIterator>
void random_shuffle (RandomAccessIterator first,
                     RandomAccessIterator last);

使用方法：

random_shuffle(vdouble.begin(), vdouble.end());

迭代器技術

要學會使用迭代器和容器以及算法，須要學習下面的新技術。

流和迭代器

本書的不少例子程序使用I/O流語句來讀寫數據。例如：

int value;
cout << "Enter value: ";
cin >> value;
cout << "You entered " << value << endl;

對於迭代器，有另外一種方法使用流和標準函數。理解的要點是將輸入/輸出流做爲容器看待。所以，任何接受迭代器參數的算法均可以和流一塊兒工做。

Listing 4. outstrm.cpp

#include <iostream.h>
#include <stdlib.h>    // Need random(), srandom()
#include <time.h>      // Need time()
#include <algorithm>   // Need sort(), copy()
#include <vector>      // Need vector
 
using namespace std;
 
void Display(vector<int>& v, const char* s);
 
int main()
{
  // Seed the random number generator
  srandom( time(NULL) );
 
  // Construct vector and fill with random integer values
  vector<int> collection(10);
  for (int i = 0; i < 10; i++)
    collection[i] = random() % 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;
}

 

函數Display()顯示瞭如何使用一個輸出流迭代器。下面的語句將容器中的值傳輸到cout輸出流對象中:

copy(v.begin(), v.end(),
  ostream_iterator<int>(cout, "\t"));

第三個參數實例化了ostream_iterator<int>類型，並將它做爲copy()函數的輸出目標迭代器對象。「\t」字符串是做爲分隔符。運行結果：

$ g++ outstrm.cpp

$ ./a.out

Before sorting

677   722   686   238   964   397   251   118   11    312

After sorting

11    118   238   251   312   397   677   686   722   964

這是STL神奇的一面『確實神奇』。爲定義輸出流迭代器，STL提供了模板類ostream_iterator。這個類的構造函數有兩個參數：一個ostream對象和一個string值。所以能夠象下面同樣簡單地建立一個迭代器對象：

ostream_iterator<int>(cout, "\n")

該迭代起能夠和任何接受一個輸出迭代器的函數一塊兒使用。

插入迭代器

插入迭代器用於將值插入到容器中。它們也叫作適配器，由於它們將容器適配或轉化爲一個迭代器，並用於copy()這樣的算法中。例如，一個程序定義了一個鏈表和一個矢量容器:

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

經過使用front_inserter迭代器對象，能夠只用單個copy()語句就完成將矢量中的對象插入到鏈表前端的操做：

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

三種插入迭代器以下：

• 普通插入器 將對象插入到容器任何對象的前面。
• Front inserters 將對象插入到數據集的前面——例如，鏈表表頭。
• Back inserters 將對象插入到集合的尾部——例如，矢量的尾部，致使矢量容器擴展。

使用插入迭代器可能致使容器中的其餘對象移動位置，於是使得現存的迭代器非法。例如，將一個對象插入到矢量容器將致使其餘值移動位置以騰出空間。通常來講，插入到象鏈表這樣的結構中更爲有效，由於它們不會致使其餘對象移動。

Listing 5. insert.cpp

#include <iostream.h>
#include <algorithm>
#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;
}

 

運行結果以下：

$ g++ insert.cpp

$ ./a.out

Before find and copy

5 4 3 2 1

After find and copy

5 4 1 2 3 2 1

能夠將front_inserter替換爲back_inserter試試。

若是用find()去查找在列表中不存在的值，例如99。因爲這時將p設置爲past-the-end 值。最後的copy()函數將iArray的值附加到鏈表的後部。

混合迭代器函數

在涉及到容器和算法的操做中，還有兩個迭代器函數很是有用：

• advance() 按指定的數目增減迭代器。
• distance() 返回到達一個迭代器所需（遞增）操做的數目。

例如：

list<int> iList;
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 = 0;
distance(p, iList.end(), k);
cout << "k == " << k << endl;

advance()函數接受兩個參數。第二個參數是向前推動的數目。對於前推迭代器，該值必須爲正，而對於雙向迭代器和隨機訪問迭代器，該值能夠爲負。

使用 distance()函數來返回到達另外一個迭代器所須要的步驟。

注意

distance()函數是迭代的，也就是說，它遞增第三個參數。所以，你必須初始化該參數。未初始化該參數幾乎註定要失敗。

函數和函數對象

STL中，函數被稱爲算法，也就是說它們和標準C庫函數相比，它們更爲通用。STL算法經過重載operator()函數實現爲模板類或模板函數。這些類用於建立函數對象，對容器中的數據進行各類各樣的操做。下面的幾節解釋如何使用函數和函數對象。

函數和斷言

常常須要對容器中的數據進行用戶自定義的操做。例如，你可能但願遍歷一個容器中全部對象的STL算法可以回調本身的函數。例如

#include <iostream.h>
#include <stdlib.h>     // Need random(), srandom()
#include <time.h>       // Need time()
#include <vector>       // Need vector
#include <algorithm>    // Need for_each()
 
#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()
{
  srandom( time(NULL) );  // Seed random generator
 
  for_each(v.begin(), v.end(), initialize);//調用普通函數
  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);//調用斷言函數
  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 = ( random() - (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);
}

所謂斷言函數，就是返回bool值的函數。

函數對象

除了給STL算法傳遞一個回調函數，你還可能須要傳遞一個類對象以便執行更復雜的操做。這樣的一個對象就叫作函數對象。實際上函數對象就是一個類，但它和回調函數同樣能夠被回調。例如，在函數對象每次被for_each()或find_if()函數調用時能夠保留統計信息。函數對象是經過重載operator()()實現的。若是TanyClass定義了opeator()(),那麼就能夠這麼使用：

TAnyClass object;  // Construct object
object();          // Calls TAnyClass::operator()() function
for_each(v.begin(), v.end(), object);

 

STL定義了幾個函數對象。因爲它們是模板，因此可以用於任何類型，包括C/C++固有的數據類型，如long。有些函數對象從名字中就能夠看出它的用途，如plus()和multiplies()。相似的greater()和less-equal()用於比較兩個值。

注意

有些版本的ANSI C++定義了times()函數對象，而GNU C++把它命名爲multiplies()。使用時必須包含頭文件<functional>。

一個有用的函數對象的應用是accumulate() 算法。該函數計算容器中全部值的總和。記住這樣的值不必定是簡單的類型，經過重載operator+()，也能夠是類對象。

Listing 8. accum.cpp  

#include <iostream.h>
#include <numeric>      // Need accumulate()
#include <vector>       // Need vector
#include <functional>   // Need multiplies() (or times())
 
#define MAX 10
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>());//注意這行
  cout << "Product of values == " << product << endl;
 
  return 0;
}

 

編譯輸出以下：

$ g++ accum.cpp

$ ./a.out

Sum of values == 55

Product of values == 3628800

『注意使用了函數對象的accumulate()的用法。accumulate() 在內部將每一個容器中的對象和第三個參數做爲multiplies函數對象的參數,multiplies(1,v)計算乘積。VC中的這些模板的源代碼以下：

        // TEMPLATE FUNCTION accumulate

template<class _II, class _Ty> inline

    _Ty accumulate(_II _F, _II _L, _Ty _V)

    {for (; _F != _L; ++_F)

        _V = _V + *_F;

    return (_V); }

        // TEMPLATE FUNCTION accumulate WITH BINOP

template<class _II, class _Ty, class _Bop> inline

    _Ty accumulate(_II _F, _II _L, _Ty _V, _Bop _B)

    {for (; _F != _L; ++_F)

        _V = _B(_V, *_F);

    return (_V); }

        // TEMPLATE STRUCT binary_function

template<class _A1, class _A2, class _R>

    struct binary_function {

    typedef _A1 first_argument_type;

    typedef _A2 second_argument_type;

    typedef _R result_type;

    };

        // TEMPLATE STRUCT multiplies

template<class _Ty>

    struct multiplies : binary_function<_Ty, _Ty, _Ty> {

    _Ty operator()(const _Ty& _X, const _Ty& _Y) const

        {return (_X * _Y); }

    };

 

引言：若是你想深刻了解STL究竟是怎麼實現的，最好的辦法是寫個簡單的程序，將程序中涉及到的模板源碼給copy下來，稍做整理，就能看懂了。因此沒有必要去買什麼《STL源碼剖析》之類的書籍，那些書可能反而浪費時間。』

發生器函數對象

有一類有用的函數對象是「發生器」(generator)。這類函數有本身的內存，也就是說它可以從先前的調用中記住一個值。例如隨機數發生器函數。

普通的C程序員使用靜態或全局變量 「記憶」上次調用的結果。但這樣作的缺點是該函數沒法和它的數據相分離『還有個缺點是要用TLS才能線程安全』。顯然，使用類來封裝一塊：「內存」更安全可靠。先看一下例子：

Listing 9. randfunc.cpp

#include <iostream.h>
#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()
 
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()
{
  srandom( 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()//注意這行
  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 random() % n;
}

 

編譯運行結果以下：

$ g++ randfunc.cpp

$ ./a.out

Before shuffle:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

After shuffle:

6 7 2 8 3 5 10 1 9 4

首先用下面的語句申明一個對象：

pointer_to_unary_function<unsigned int, unsigned int>
  ptr_RandInt = ptr_fun(RandInt);

 

這兒使用STL的單目函數模板定義了一個變量ptr_RandInt，並將地址初始化到咱們的函數RandInt()。單目函數接受一個參數，並返回一個值。如今random_shuffle()能夠以下調用：

random_shuffle(v.begin(), v.end(), ptr_RandInt);

 

在本例子中，發生器只是簡單的調用rand()函數。

關於常量引用的一點小麻煩（不翻譯了，VC下將例子中的const去掉）

發生器函數類對象

下面的例子說明發生器函數類對象的使用。

Listing 10. fiborand.cpp

#include <iostream.h>
#include <algorithm>   // Need random_shuffle()
#include <vector>      // Need vector
#include <functional>  // Need unary_function
 
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 n = 15; n > 0; n—)
    sequence[n] = sequence[n + 1] + sequence[n + 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;
}

 

編譯運行輸出以下:

$ g++ fiborand.cpp

$ ./a.out

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 4 3 7 10 1 9

該程序用徹底不通的方法使用使用rand_shuffle。Fibonacci 發生器封裝在一個類中，該類能從先前的「使用」中記憶運行結果。在本例中，類FiboRand 維護了一個數組和兩個索引變量I和j。

FiboRand類繼承自unary_function() 模板:

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

 

Arg是用戶自定義數據類型。該類還定以了兩個成員函數，一個是構造函數，另外一個是operator()（）函數，該操做符容許random_shuffle()算法象一個函數同樣「調用」一個FiboRand對象。

綁定器函數對象

一個綁定器使用另外一個函數對象f()和參數值V建立一個函數對象。被綁定函數對象必須爲雙目函數，也就是說有兩個參數,A和B。STL 中的幫定器有：

• bind1st() 建立一個函數對象，該函數對象將值V做爲第一個參數A。
• bind2nd()建立一個函數對象，該函數對象將值V做爲第二個參數B。

舉例以下：

Listing 11. binder.cpp

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

 

Algorithm count_if()計算知足特定條件的元素的數目。 這是經過將一個函數對象和一個參數捆綁到爲一個對象，並將該對象做爲算法的第三個參數實現的。 注意這個表達式:

bind1st(greater<int>(), 8)

 

該表達式將greater<int>()和一個參數值8捆綁爲一個函數對象。因爲使用了bind1st()，因此該函數至關於計算下述表達式：

8 > q

 

表達式中的q是容器中的對象。所以，完整的表達式

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

 

計算全部小於或等於8的對象的數目。

否認函數對象

所謂否認(negator)函數對象，就是它從另外一個函數對象建立而來，若是原先的函數返回真，則否認函數對象返回假。有兩個否認函數對象：not1()和not2()。not1()接受單目函數對象，not2()接受雙目函數對象。否認函數對象一般和幫定器一塊兒使用。例如，上節中用bind1nd來搜索q<=8的值：

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

 

若是要搜索q>8的對象，則用bind2st。而如今能夠這樣寫：

start = find_if(aList.begin(), aList.end(),

  not1(bind1nd(greater<int>(), 6)));

 

你必須使用not1，由於bind1nd返回單目函數。

總結：使用標準模板庫 (STL)

儘管不少程序員仍然在使用標準C函數，可是這就好像騎着毛驢尋找Mercedes同樣。你固然最終也會到達目標，可是你浪費了不少時間。

儘管有時候使用標準C函數確實方便(如使用sprintf()進行格式化輸出)。可是C函數不使用異常機制來報告錯誤，也不適合處理新的數據類型。並且標準C函數常用內存分配技術，沒有經驗的程序員很容易寫出bug來。.

C++標準庫則提供了更爲安全，更爲靈活的數據集處理方式。STL最初由HP實驗室的Alexander Stepanov和Meng Lee開發。最近，C++標準委員會採納了STL，儘管在不一樣的實現之間仍有細節差異。

STL的最主要的兩個特色：數據結構和算法的分離，非面向對象本質。訪問對象是經過象指針同樣的迭代器實現的；容器是象鏈表，矢量之類的數據結構，並按模板方式提供；算法是函數模板，用於操做容器中的數據。因爲STL以模板爲基礎，因此能用於任何數據類型和結構