STL的一個重要特點是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的分離。盡管這是個簡單的概念，但這種分離確實使得STL變得非常通用。例如，由于STL的sort()函數(shù)是完全通用的，你可以用它來操作幾乎任何數(shù)據(jù)集合，包括鏈表，容器和數(shù)組。

要點

STL算法作為模板函數(shù)提供。為了和其他組件相區(qū)別，在本書中STL算法以后接一對圓括弧的方式表示，例如sort()。

STL 另一個重要特性是它不是面向?qū)ο蟮?。為了具有足夠通用性，STL主要依賴于模板而不是封裝，繼承和虛函數(shù)（多態(tài)性）——OOP的三個要素。你在STL中找不到任何明顯的類繼承關(guān)系。這好像是一種倒退，但這正好是使得STL的組件具有廣泛通用性的底層特征。另外，由于STL是基于模板，內(nèi)聯(lián)函數(shù)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(yōu)化來保證內(nèi)聯(lián)擴展。

STL組件

STL提供了大量的模板類和函數(shù)，可以在OOP和常規(guī)編程中使用。所有的STL的大約50個算法都是完全通用的，而且不依賴于任何特定的數(shù)據(jù)類型。下面的小節(jié)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，可以使用一對迭代器指定list或vector中的一定范圍的對象。迭代器就如同一個指針。事實上，C++的指針也是一種迭代器。但是，迭代器也可以是那些定義了operator*()以及其他類似于指針的操作符地方法的類對象。

2）容器是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如list，vector，和deques ，以模板類的方法提供。為了訪問容器中的數(shù)據(jù)，可以使用由容器類輸出的迭代器。

3）算法是用來操作容器中的數(shù)據(jù)的模板函數(shù)。例如，STL用sort()來對一個vector中的數(shù)據(jù)進行排序，用find()來搜索一個list中的對象。函數(shù)本身與他們操作的數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和類型無關(guān)，因此他們可以在從簡單數(shù)組到高度復(fù)雜容器的任何數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上使用。

1、頭文件

為了避免和其他頭文件沖突， STL的頭文件不再使用常規(guī)的.h擴展。為了包含標(biāo)準(zhǔn)的string類，迭代器和算法，用下面的指示符：

 

#include <string>  
#include <iterator>  
#include <algorithm> 

 

如果你查看STL的頭文件，你可以看到象iterator.h和stl_iterator.h這樣的頭文件。由于這些名字在各種STL實現(xiàn)之間都可能不同，你應(yīng)該避免使用這些名字來引用這些頭文件。為了確保可移植性，使用相應(yīng)的沒有.h后綴的文件名。

 

2、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(biāo)志符封裝在另一個名字中。標(biāo)志符只在名字空間中存在，因而避免了和其他標(biāo)志符沖突。例如，可能有其他庫和程序模塊定義了sort()函數(shù)，為了避免和STL地sort()算法沖突，STL的sort()以及其他標(biāo)志符都封裝在名字空間std中。 STL的sort()算法編譯為std::sort()，從而避免了名字沖突。

盡管你的編譯器可能沒有實現(xiàn)名字空間，你仍然可以使用他們。為了使用STL，可以將下面的指示符插入到你的源代碼文件中，典型地是在所有的#include指示符的后面：

using namespace std; 

 

 

#p#

3、迭代器

迭代器提供對一個容器中的對象的訪問方法，并且定義了容器中對象的范圍。迭代器就如同一個指針。事實上，C++的指針也是一種迭代器。但是，迭代器不僅僅是指針，因此你不能認(rèn)為他們一定具有地址值。例如，一個數(shù)組索引，也可以認(rèn)為是一種迭代器。

迭代器有各種不同的創(chuàng)建方法。程序可能把迭代器作為一個變量創(chuàng)建。一個STL容器類可能為了使用一個特定類型的數(shù)據(jù)而創(chuàng)建一個迭代器。作為指針，必須能夠使用*操作符類獲取數(shù)據(jù)。你還可以使用其他數(shù)學(xué)操作符如++。典型的，++操作符用來遞增迭代器，以訪問容器中的下一個對象。如果迭代器到達了容器中的***一個元素的后面，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或為初始化的指針一樣。

（1）提示

STL不保證可以從另一個迭代器來抵達一個迭代器。例如，當(dāng)對一個集合中的對象排序時，如果你在不同的結(jié)構(gòu)中指定了兩個迭代器，第二個迭代器無法從***個迭代器抵達，此時程序注定要失敗。這是STL靈活性的一個代價。STL不保證檢測毫無道理的錯誤。

（2）迭代器的類型

對于STL數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，你可以使用五種迭代器。下面簡要說明了這五種類型：

• Input iterators 提供對數(shù)據(jù)的只讀訪問。
• Output iterators 提供對數(shù)據(jù)的只寫訪問
• Forward iterators 提供讀寫操作，并能向前推進迭代器。
• Bidirectional iterators提供讀寫操作，并能向前和向后操作。
• Random access iterators提供讀寫操作，并能在數(shù)據(jù)中隨機移動。

盡管各種不同的STL實現(xiàn)細(xì)節(jié)方面有所不同，還是可以將上面的迭代器想象為一種類繼承關(guān)系。從這個意義上說，下面的迭代器繼承自上面的迭代器。由于這種繼承關(guān)系，你可以將一個Forward迭代器作為一個output或input迭代器使用。同樣，如果一個算法要求是一個bidirectional 迭代器，那么只能使用該種類型和隨機訪問迭代器。

指針迭代器

正如下面的小程序顯示的，一個指針也是一種迭代器。該程序同樣顯示了 STL的一個主要特性——它不只是能夠用于它自己的類類型，而且也能用于任何C或C++類型。Listing 1, iterdemo.cpp, 顯示了如何把指針作為迭代器用于STL的find()算法來搜索普通的數(shù)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后綴），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，因為可以刪除該行對于這么一個小程序來說不會導(dǎo)致名字沖突。

程序中定義了尺寸為SIZE的全局?jǐn)?shù)組。由于是全局變量，所以運行時數(shù)組自動初始化為零。下面的語句將在索引20位置處地元素設(shè)置為50,并使用find()算法來搜索值50:

 

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

find() 函數(shù)接受三個參數(shù)。頭兩個定義了搜索的范圍。由于C和C++數(shù)組等同于指針，表達式iarray指向數(shù)組的***個元素。而第二個參數(shù)iarray + SIZE等同于past-the-end 值，也就是數(shù)組中***一個元素的后面位置。第三個參數(shù)是待定位的值，也就是50。find()函數(shù)返回和前兩個參數(shù)相同類型的迭代器，這兒是一個指向整數(shù)的指針ip。

提示

必須記住STL使用模板。因此，STL函數(shù)自動根據(jù)它們使用的數(shù)據(jù)類型來構(gòu)造。

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

 

if (ip == iarray + SIZE)  

如果表達式為真，則表示在搜索的范圍內(nèi)沒有指定的值。否則就是指向一個合法對象的指針，這時可以用下面的語句顯示：:

 

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

測試函數(shù)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(dāng)使用STL函數(shù)時，只能測試ip是否和past-the-end 值是否相等。盡管在本例中ip是一個C++指針,其用法也必須符合STL迭代器的規(guī)則。

#p#

容器迭代器

盡管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一樣，但和將迭代器申明為指針變量不同的是，你可以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(shù)容器中表示整個容器范圍。其他一些容器還使用 rbegin()和rend()方法提供反向迭代器，以按反向順序指定對象范圍。

下面的程序創(chuàng)建了一個矢量容器（STL的和數(shù)組等價的對象），并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(shù)據(jù)：

 

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

常量迭代器

和指針一樣，你可以給一個迭代器賦值。例如，首先申明一個迭代器：

 

vector<int>::iterator first; 

該語句創(chuàng)建了一個vector<int>類的迭代器。下面的語句將該迭代器設(shè)置到intVector的***個對象，并將它指向的對象值設(shè)置為123：

 

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

這種賦值對于大多數(shù)容器類都是允許的，除了只讀變量。為了防止錯誤賦值，可以申明迭代器為：

 

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

警告

另一種防止數(shù)據(jù)被改變得方法是將容器申明為const類型。

『呀！在VC中測試出錯,正確的含義是result成為常量而不是它指向的對象不允許改變，如同int *const p;看來這作者自己也不懂』

使用迭代器編程

你已經(jīng)見到了迭代器的一些例子，現(xiàn)在我們將關(guān)注每種特定的迭代器如何使用。由于使用迭代器需要關(guān)于STL容器類和算法的知識，在閱讀了后面的兩章后你可能需要重新復(fù)習(xí)一下本章內(nèi)容。

#p#

輸入迭代器

輸入迭代器是最普通的類型。輸入迭代器至少能夠使用==和!=測試是否相等；使用*來訪問數(shù)據(jù)；使用++操作來遞推迭代器到下一個元素或到達past-the-end 值。

為了理解迭代器和STL函數(shù)是如何使用它們的，現(xiàn)在來看一下find()模板函數(shù)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，注意如果first和last指向不同的容器，該算法可能陷入死循環(huán)。

輸出迭代器

輸出迭代器缺省只寫，通常用于將數(shù)據(jù)從一個位置拷貝到另一個位置。由于輸出迭代器無法讀取對象，因此你不會在任何搜索和其他算法中使用它。要想讀取一個拷貝的值，必須使用另一個輸入迭代器（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 utputIterator = vdouble.begin();  
copy(darray, darray + 10, outputIterator);  
while (outputIterator != vdouble.end()) {  
cout << *outputIterator << endl;  
outputIterator++;  
}  
return 0;  
} 

注意

當(dāng)使用copy()算法的時候，你必須確保目標(biāo)容器有足夠大的空間，或者容器本身是自動擴展的。

#p#

前推迭代器

前推迭代器能夠讀寫數(shù)據(jù)值，并能夠向前推進到下一個值。但是沒法遞減。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]范圍內(nèi)的所有值為old_value的對象替換為new_value。:

 

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

雙向迭代器

雙向迭代器要求能夠增減。如reverse()算法要求兩個雙向迭代器作為參數(shù):

 

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

使用reverse()函數(shù)來對容器進行逆向排序:

 

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

隨機訪問迭代器

隨機訪問迭代器能夠以任意順序訪問數(shù)據(jù)，并能用于讀寫數(shù)據(jù)（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(shù)使用隨機訪問迭代器。隨機訪問迭代器可以使用關(guān)系操作符作比較。

random_shuffle() 函數(shù)隨機打亂原先的順序。申明為：

 

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(shù)

要學(xué)會使用迭代器和容器以及算法，需要學(xué)習(xí)下面的新技術(shù)。

流和迭代器

本書的很多例子程序使用I/O流語句來讀寫數(shù)據(jù)。例如：

 

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

對于迭代器，有另一種方法使用流和標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)。理解的要點是將輸入/輸出流作為容器看待。因此，任何接受迭代器參數(shù)的算法都可以和流一起工作。

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(shù)Display()顯示了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?shù)絚out輸出流對象中:

 

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

第三個參數(shù)實例化了ostream_iterator<int>類型，并將它作為copy()函數(shù)的輸出目標(biāo)迭代器對象。“\t”字符串是作為分隔符。運行結(jié)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』。為定義輸出流迭代器，STL提供了模板類ostream_iterator。這個類的構(gòu)造函數(shù)有兩個參數(shù)：一個ostream對象和一個string值。因此可以象下面一樣簡單地創(chuàng)建一個迭代器對象：

 

ostream_iterator<int>(cout, "\n") 

該迭代起可以和任何接受一個輸出迭代器的函數(shù)一起使用。

插入迭代器

插入迭代器用于將值插入到容器中。它們也叫做適配器，因為它們將容器適配或轉(zhuǎn)化為一個迭代器，并用于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; 

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

 

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

三種插入迭代器如下：

•  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(shù)據(jù)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，導(dǎo)致矢量容器擴展。

使用插入迭代器可能導(dǎo)致容器中的其他對象移動位置，因而使得現(xiàn)存的迭代器非法。例如，將一個對象插入到矢量容器將導(dǎo)致其他值移動位置以騰出空間。一般來說，插入到象鏈表這樣的結(jié)構(gòu)中更為有效，因為它們不會導(dǎo)致其他對象移動。

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(jié)果如下：

 

$ 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 

可以將front_inserter替換為back_inserter試試。

如果用find()去查找在列表中不存在的值，例如99。由于這時將p設(shè)置為past-the-end 值。***的copy()函數(shù)將iArray的值附加到鏈表的后部。

混合迭代器函數(shù)

在涉及到容器和算法的操作中，還有兩個迭代器函數(shù)非常有用：

• advance() 按指定的數(shù)目增減迭代器。
• distance() 返回到達一個迭代器所需（遞增）操作的數(shù)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(shù)接受兩個參數(shù)。第二個參數(shù)是向前推進的數(shù)目。對于前推迭代器，該值必須為正，而對于雙向迭代器和隨機訪問迭代器，該值可以為負(fù)。

使用 distance()函數(shù)來返回到達另一個迭代器所需要的步驟。

注意：distance()函數(shù)是迭代的，也就是說，它遞增第三個參數(shù)。因此，你必須初始化該參數(shù)。未初始化該參數(shù)幾乎注定要失敗。

希望通過本文的介紹，能夠給你幫助。