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Using STL PDF.pdf
STL 概述
Using STL
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
#include
#include
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。
deque
list
表 1. STL 头文件和容器类
#include Container Class
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
#include
using namespace std;
#define SIZE 100
int iarray[SIZE];
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Using STL
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
#include
#include
using namespace std;
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vector intVector(100);
void main()
{
intVector[20] = 50;
vector::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::iterator first;
该语句创建了一个 vector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::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
InputIterator find(
InputIterator first, InputIterator last, const T& value) {
while (first != last && *first != value) ++first;
return first;
}
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Using STL
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
#include // Need copy()
#include // 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 vdouble(10);
int main()
{
vector::iterator outputIterator = vdouble.begin();
copy(darray, darray + 10, outputIterator);
while (outputIterator != vdouble.end()) {
cout << *outputIterator << endl;
outputIterator++;
}
return 0;
}
注意
当使用 copy()算法的时候，你必须确保目标容器有足够大的空间，或者容器本身是自动扩展的。
前推迭代器
前推迭代器能够读写数据值，并能够向前推进到下一个值。但是没法递减。replace()算法显示了前推迭代器的
使用方法。
template
void replace (ForwardIterator first,
ForwardIterator last,
const T& old_value,
const T& new_value);
使用 replace()将[first,last]范围内的所有值为 old_value 的对象替换为 new_value。:
replace(vdouble.begin(), vdouble.end(), 1.5, 3.14159);
双向迭代器
双向迭代器要求能够增减。如 reverse()算法要求两个双向迭代器作为参数:
template
void reverse (BidirectionalIterator first,
BidirectionalIterator last);
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使用 reverse()函数来对容器进行逆向排序:
reverse(vdouble.begin(), vdouble.end());
随机访问迭代器
随机访问迭代器能够以任意顺序访问数据，并能用于读写数据（不是 const 的 C++指针也是随机访问迭代器）。
STL 的排序和搜索函数使用随机访问迭代器。随机访问迭代器可以使用关系操作符作比较。
random_shuffle() 函数随机打乱原先的顺序。申明为：
template
void random_shuffle (RandomAccessIterator first,
RandomAccessIterator last);
使用方法：
random_shuffle(vdouble.begin(), vdouble.end());
迭代器技术
要学会使用迭代器和容器以及算法，需要学习下面的新技术。
流和迭代器
本书的很多例子程序使用 I/O 流语句来读写数据。例如：
int value;
cout << "Enter value: ";
cin >> value;
cout << "You entered " << value << endl;
对于迭代器，有另一种方法使用流和标准函数。理解的要点是将输入/输出流作为容器看待。因此，任何接受
迭代器参数的算法都可以和流一起工作。
Listing 4. outstrm.cpp
#include
#include // Need random(), srandom()
#include // Need time()
#include // Need sort(), copy()
#include // Need vector
using namespace std;
void Display(vector& v, const char* s);
int main()
{
// Seed the random number generator
srandom( time(NULL) );
// Construct vector and fill with random integer values
vector collection(10);
for (int i = 0; i < 10; i++)
collection[i] = random() % 10000;;
// Display, sort, and redisplay
Display(collection, "Before sorting");
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Using STL
sort(collection.begin(), collection.end());
Display(collection, "After sorting");
return 0;
}
// Display label s and contents of integer vector v
void Display(vector& v, const char* s)
{
cout << endl << s << endl;
copy(v.begin(), v.end(),
ostream_iterator(cout, "\t"));
cout << endl;
}
函数 Display()显示了如何使用一个输出流迭代器。下面的语句将容器中的值传输到 cout 输出流对象中:
copy(v.begin(), v.end(),
ostream_iterator(cout, "\t"));
第三个参数实例化了 ostream_iterator类型，并将它作为 copy()函数的输出目标迭代器对象。“\t”字符串是
作为分隔符。运行结果：
$ 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
这是 STL 神奇的一面『确实神奇』。为定义输出流迭代器，STL 提供了模板类 ostream_iterator。这个类的构
造函数有两个参数：一个 ostream 对象和一个 string 值。因此可以象下面一样简单地创建一个迭代器对象：
ostream_iterator(cout, "\n")
该迭代起可以和任何接受一个输出迭代器的函数一起使用。
插入迭代器
插入迭代器用于将值插入到容器中。它们也叫做适配器，因为它们将容器适配或转化为一个迭代器，并用于
copy()这样的算法中。例如，一个程序定义了一个链表和一个矢量容器:
list dList;
vector dVector;
通过使用 front_inserter 迭代器对象，可以只用单个 copy()语句就完成将矢量中的对象插入到链表前端的操作：
copy(dVector.begin(), dVector.end(), front_inserter(dList));
三种插入迭代器如下：
· 普通插入器 将对象插入到容器任何对象的前面。
· Front inserters 将对象插入到数据集的前面——例如，链表表头。
· Back inserters 将对象插入到集合的尾部——例如，矢量的尾部，导致矢量容器扩展。
使用插入迭代器可能导致容器中的其他对象移动位置，因而使得现存的迭代器非法。例如，将一个对象插入
到矢量容器将导致其他值移动位置以腾出空间。一般来说，插入到象链表这样的结构中更为有效，因为它们
不会导致其他对象移动。
Listing 5. insert.cpp
#include
#include
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#include
-
using namespace std;
int iArray[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
void Display(list
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