C++ STL編程輕鬆入門 3

2 牛刀小試：且看一個簡單例程

　　2.1 引子

　　若是你是一個純粹的實用主義者，也許一開始就能夠從這裏開始看起，由於此處提供了一個示例程序，它能夠帶給你有關使用STL的最直接的感覺。是的，與其紙上談兵，不如單刀直入，實際操做一番。可是，須要提醒的是，假如你在興致昂然地細細品味本章內容的時候，可以同時結合前面章節做爲佐餐，那將是再好不過的。你會發現，前面所提到的有關STL的那些優勢，在此處獲得了確切的應證。本章的後半部分，將爲你演示在一些主流C++編譯器上，運行上述示例程序的具體操做方法，和須要注意的事項。

　　2.2 例程實做

　　很是遺憾，我不得不捨棄"Hello World"這個經典的範例，儘管它不僅一次的被各類介紹計算機語言的教科書所引用，幾乎成爲了一個默認的「標準」。其緣由在於它太過簡單了，以致於不具有表明性，沒法展示STL的巨大魅力。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。

　　不少人對GUI（圖形用戶界面）的運行方式很感興趣，這也難怪，漂亮的界面老是會使人賞心悅目的。可是很惋惜，在這裏沒有加入這些功能。這很容易解釋，對於所提供的這個簡單示例程序而言，加入GUI特性，是有點本末倒置的。這將會使程序的代碼量驟然間急劇膨脹，而真正能夠說明問題的核心部分確被淹沒在諸多可有可無的代碼中間（你須要花去極大的精力來處理鍵盤或者鼠標的消息響應這些繁瑣而又較爲規範的事情）。即便你有像Borland C++ Builder這樣的基於IDE（集成化開發環境）的工具，界面的處理變得較爲簡單了（框架代碼是自動生成的）。請注意，咱們這裏所談及的是屬於C++標準的一部分（STL的第一個字母說明了這一點），它不涉及具體的某個開發工具，它是幾乎在任何C++編譯器上都能編譯經過的代碼。畢竟，在Microsoft Visual C++和Borland C++ Builder裏，有關GUI的處理代碼是不同的。若是你想了解這些GUI的細節，這裏恐怕沒有你但願獲得的答案，你能夠尋找其它相關書籍。

　　2.2.1 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
// alias:Rubish

#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。若是你在Visual C++的IDE環境下以控制檯方式運行這個程序時，會彈出非法內存訪問的錯誤對話框。

　　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！

　　關於第一個程序的討論就到此爲止，若是你對第三種方案感興趣的話，能夠嘗試着本身編寫一個程序，做爲思考題。這裏就不許備再浪費筆墨去實現這樣一個讓人不甚愉快的程序了。