【STL】三十分鐘掌握STL --消化
原文：http://net.pku.edu.cn/~yhf/UsingSTL.htm
三十分鐘掌握STL
這是本小人書。原名是《using stl》，不知道是誰寫的。不過我倒覺得很有趣，所以化了兩個晚上把它翻譯出來。我沒有對翻譯出來的內容校驗過。如果你沒法在三十分鐘內覺得有所收穫，那麼趕緊扔了它。文中我省略了很多東西。心疼那，浪費我兩個晚上。
譯者：kary
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STL概述
STL的一個重要特點是資料結構和演算法的分離。儘管這是個簡單的概念，但這種分離確實使得STL變得非常通用。例如，由於STL的sort()函式是完全通用的，你可以用它來操作幾乎任何資料集合，包括連結串列，容器和陣列。
要點
STL演算法作為模板函式提供。為了和其他元件相區別，在本書中STL演算法以後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物件的。為了具有足夠通用性，STL主要依賴於模板而不是封裝，繼承和虛擬函式（多型性）——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的元件具有廣泛通用性的底層特徵。另外，由於STL是基於模板，行內函數的使用使得生成的程式碼短小高效。
提示
確保在編譯使用了STL的程式中至少要使用-O優化來保證內聯擴充套件。STL提供了大量的模板類和函式，可以在OOP和常規程式設計中使用。所有的STL的大約50個演算法都是完全通用的，而且不依賴於任何特定的資料型別。下面的小節說明了三個基本的STL元件：
1） 迭代器提供了訪問容器中物件的方法。例如，可以使用一對迭代器指定list或vector中的一定範圍的物件。迭代器就如同一個指標。事實上，C++的指標也是一種迭代器。但是，迭代器也可以是那些定義了operator*()以及其他類似於指標的操作符地方法的類物件。
2） 容器是一種資料結構，如list，vector，和deques ，以模板類的方法提供。為了訪問容器中的資料，可以使用由容器類輸出的迭代器。
3） 演算法是用來操作容器中的資料的模板函式。例如，STL用sort()來對一個vector中的資料進行排序，用find()來搜尋一個list中的物件。函式本身與他們操作的資料的結構和型別無關，因此他們可以在從簡單陣列到高度複雜容器的任何資料結構上使用。
標頭檔案
為了避免和其他標頭檔案衝突， STL的標頭檔案不再使用常規的.h擴充套件。為了包含標準的string類，迭代器和演算法，用下面的指示符：
#include <string>
#include <iterator>
#include <algorithm>如果你檢視STL的標頭檔案，你可以看到象iterator.h和stl_iterator.h這樣的標頭檔案。由於這些名字在各種STL實現之間都可能不同，你應該避免使用這些名字來引用這些標頭檔案。為了確保可移植性，使用相應的沒有.h字尾的檔名。表1列出了最常使用的各種容器類的標頭檔案。該表並不完整，對於其他標頭檔案，我將在本章和後面的兩章中介紹。
表 1. STL標頭檔案和容器類
| #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，將標誌符封裝在另一個名字中。標誌符只在名字空間中存在，因而避免了和其他標誌符衝突。例如，可能有其他庫和程式模組定義了sort()函式，為了避免和STL地sort()演算法衝突，STL的sort()以及其他標誌符都封裝在名字空間std中。STL的sort()演算法編譯為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，你仍然可以使用他們。為了使用STL，可以將下面的指示符插入到你的原始碼檔案中，典型地是在所有的#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物件的訪問方法，並且定義了容器中物件的範圍。迭代器就如同一個指標。事實上，C++的指標也是一種迭代器。但是，迭代器不僅僅是指標，因此你不能認為他們一定具有地址值。例如，一個數組索引，也可以認為是一種迭代器。
迭代器有各種不同的建立方法。程式可能把迭代器作為一個變數建立。一個STL容器類可能為了使用一個特定型別的資料而建立一個迭代器。作為指標，必須能夠使用*操作符類獲取資料。你還可以使用其他數學操作符如++。典型的，++操作符用來遞增迭代器，以訪問容器中的下一個物件。如果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值得指標來訪問物件是非法的，就好像使用NULL或為初始化的指標一樣。
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，當對一個集合中的物件排序時，如果你在不同的結構中指定了兩個迭代器，第二個迭代器無法從第一個迭代器抵達，此時程式註定要失敗。這是STL靈活性的一個代價。STL不保證檢測毫無道理的錯誤。
迭代器的型別
對於STL資料結構和演算法，你可以使用五種迭代器。下面簡要說明了這五種型別：
· Input iterators 提供對資料的只讀訪問。
· Output iterators 提供對資料的只寫訪問
· Forward iterators 提供讀寫操作，並能向前推進迭代器。
· Bidirectional iterators提供讀寫操作，並能向前和向後操作。
· Random access iterators提供讀寫操作，並能在資料中隨機移動。
儘管各種不同的STL實現細節方面有所不同，還是可以將上面的迭代器想象為一種類繼承關係。從這個意義上說，下面的迭代器繼承自上面的迭代器。由於這種繼承關係，你可以將一個Forward迭代器作為一個output或input迭代器使用。同樣，如果一個演算法要求是一個bidirectional 迭代器，那麼只能使用該種類型和隨機訪問迭代器。
指標迭代器
正如下面的小程式顯示的，一個指標也是一種迭代器。該程式同樣顯示了STL的一個主要特性——它不只是能夠用於它自己的類型別，而且也能用於任何C或C++型別。Listing 1, iterdemo.cpp, 顯示瞭如何把指標作為迭代器用於STL的find()演算法來搜尋普通的陣列。
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演算法標頭檔案（注意沒有.h字尾），該程式告訴編譯器使用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於這麼一個小程式來說不會導致名字衝突。
程式中定義了尺寸為SIZE的全域性陣列。由於是全域性變數，所以執行時陣列自動初始化為零。下面的語句將在索引20位置處地元素設定為50,並使用find()演算法來搜尋值50:
iarray[20] = 50;
int* ip = find(iarray, iarray + SIZE, 50);
find()函式接受三個引數。頭兩個定義了搜尋的範圍。由於C和C++陣列等同於指標，表示式iarray指向陣列的第一個元素。而第二個引數iarray + SIZE等同於past-the-end 值，也就是陣列中最後一個元素的後面位置。第三個引數是待定位的值，也就是50。find()函式返回和前兩個引數相同型別的迭代器，這兒是一個指向整數的指標ip。
提示
必須記住STL使用模板。因此，STL函式自動根據它們使用的資料型別來構造。
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) ...
如果表示式為真，則表示在搜尋的範圍內沒有指定的值。否則就是指向一個合法物件的指標，這時可以用下面的語句顯示：:
cout << *ip << " found in array" << endl;
測試函式返回值和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函式時，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++指標,其用法也必須符合STL迭代器的規則。
容器迭代器
儘管C++指標也是迭代器，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標變數不同的是，你可以使用容器類方法來獲取迭代器物件。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，以按反向順序指定物件範圍。
下面的程式建立了一個向量容器（STL的和陣列等價的物件），並使用迭代器在其中搜索。該程式和前一章中的程式相同。
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尋到的資料：
cout << "Vector contains value " << *intIter << endl;
常量迭代器
和指標一樣，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;
該語句建立了一個vector<int>類的迭代器。下面的語句將該迭代器設定到intVector的第一個物件，並將它指向的物件值設定為123：:
first = intVector.begin();
*first = 123;
這種賦值對於大多數容器類都是允許的，除了只讀變數。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
另一種防止資料被改變得方法是將容器申明為const型別。
『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物件不允許改變，如同int *const p;看來這作者自己也不懂』
使用迭代器程式設計
你已經見到了迭代器的一些例子，現在我們將關注每種特定的迭代器如何使用。由於使用迭代器需要關於STL容器類和演算法的知識，在閱讀了後面的兩章後你可能需要重新複習一下本章內容。
輸入迭代器
輸入迭代器是最普通的型別。輸入迭代器至少能夠使用==和!=測試是否相等；使用*來訪問資料；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函式是如何使用它們的，現在來看一下find()模板函式的定義：
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()演算法中，注意如果first和last指向不同的容器，該演算法可能陷入死迴圈。
輸出迭代器
輸出迭代器預設只寫，通常用於將資料從一個位置拷貝到另一個位置。由於輸出迭代器無法讀取物件，因此你不會在任何搜尋和其他演算法中使用它。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 outputIterator = vdouble.begin();
copy(darray, darray + 10, outputIterator);
while (outputIterator != vdouble.end()) {
cout << *outputIterator << endl;
outputIterator++;
}
return 0;
}
注意
當使用copy()演算法的時候，你必須確保目標容器有足夠大的空間，或者容器本身是自動擴充套件的。
前推迭代器
前推迭代器能夠讀寫資料值，並能夠向前推進到下一個值。但是沒法遞減。replace()演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]範圍內的所有值為old_value的物件替換為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()演算法要求兩個雙向迭代器作為引數:
template <class BidirectionalIterator>
void reverse (BidirectionalIterator first,
BidirectionalIterator last);
使用reverse()函式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資料，並能用於讀寫資料（不是const的C++指標也是隨機訪問迭代器）。
STL的排序和搜尋函式使用隨機訪問迭代器。隨機訪問迭代器可以使用關係操作符作比較。
random_shuffle() 函式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
要學會使用迭代器和容器以及演算法，需要學習下面的新技術。
流和迭代器
本書的很多例子程式使用I/O流語句來讀寫資料。例如：
int value;
cout << "Enter value: ";
cin >> value;
cout << "You entered " << value << endl;
對於迭代器，有另一種方法使用流和標準函式。理解的要點是將輸入/輸出流作為容器看待。因此，任何接受迭代器引數的演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;
}
函式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輸出流物件中:
copy(v.begin(), v.end(),
ostream_iterator<int>(cout, "\t"));
第三個引數例項化了ostream_iterator<int>型別，並將它作為copy()函式的輸出目標迭代器物件。“\t”字串是作為分隔符。執行結果：
$ 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』。為定義輸出流迭代器，STL提供了模板類ostream_iterator。這個類的建構函式有兩個引數：一個ostream物件和一個string值。
因此可以象下面一樣簡單地建立一個迭代器物件：
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式一起使用。
插入迭代器
插入迭代器用於將值插入到容器中。它們也叫做介面卡，因為它們將容器適配或轉化為一個迭代器，並用於copy()這樣的演算法中。例如，一個程式定義了一個連結串列和一個向量容器:
list<double> dList;
vector<double> dVector;
通過使用front_inserter迭代器物件，可以只用單個copy()語句就完成將向量中的物件 插入到連結串列前端的操作：
copy(dVector.begin(), dVector.end(), front_inserter(dList));
三種插入迭代器如下：
· 普通插入器 將物件插入到容器任何物件的前面。
· Front inserters 將物件插入到資料集的前面——例如，連結串列表頭。
· Back inserters 將物件插入到集合的尾部——例如，向量的尾部，導致向量容器擴充套件。
使用插入迭代器可能導致容器中的其他物件移動位置，因而使得現存的迭代器非法。例如，將一個物件插入到向量容器將導致其他值移動位置以騰出空間。一般來說，插入到象連結串列這樣的結構中更為有效，因為它們不會導致其他物件移動。
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;
}
執行結果如下：
$ 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()去查詢在列表中不存在的值，例如99。由於這時將p設定為past-the-end 值。最後的copy()函式將iArray的值附加到連結串列的後部。
混合迭代器函式
在涉及到容器和演算法的操作中，還有兩個迭代器函式非常有用：
· 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）操作的數目。
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()函式接受兩個引數。第二個引數是向前推進的數目。對於前推迭代器，該值必須為正，而對於雙向迭代器和隨機訪問迭代器，該值可以為負。
使用 distance()函式來返回到達另一個迭代器所需要的步驟。
注意
distance()函式是迭代的，也就是說，它遞增第三個引數。因此，你必須初始化該引數。未初始化該引數幾乎註定要失敗。
函式和函式物件
STL中，函式被稱為演算法，也就是說它們和標準C庫函式相比，它們更為通用。STL演算法通過過載operator()函式實現為模板類或模板函式。這些類用於建立函式物件，對容器中的資料進行各種各樣的操作。下面的幾節解釋如何使用函式和函式物件。
函式和斷言
經常需要對容器中的資料進行使用者自定義的操作。例如，你可能希望遍歷一個容器中所有物件的STL演算法能夠回撥自己的函式。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);//呼叫普通函式 for_each() C++ 11
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);//呼叫斷言函式
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);
}
所謂斷言函式，就是返回bool值的函式。
函式物件
除了給STL演算法傳遞一個回撥函式，你還可能需要傳遞一個類物件以便執行更復雜的操作。這樣的一個物件就叫做函式物件。實際上函式物件就是一個類，但它和回撥函式一樣可以被回撥。例如，在函式物件每次被for_each()或find_if()函式呼叫時可以保留統計資訊。函式物件是通過過載operator()()實現的。如果TanyClass定義了opeator()(),那麼就可以這麼使用：
TAnyClass object; // Construct object
object(); // Calls TAnyClass::operator()() function
for_each(v.begin(), v.end(), object);STL定義了幾個函式物件。由於它們是模板，所以能夠用於任何型別，包括C/C++固有的資料型別，如long。有些函式物件從名字中就可以看出它的用途，如plus()和multiplies()。類似的greater()和less-equal()用於比較兩個值。
注意
有些版本的ANSI C++定義了times()函式物件，而GNU C++把它命名為multiplies()。使用時必須包含標頭檔案<functional>。
一個有用的函式物件的應用是accumulate() 演算法。該函式計算容器中所有值的總和。記住這樣的值不一定是簡單的型別，通過過載operator+()，也可以是類物件。
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;
}編譯輸出如下：
$ g++ accum.cpp
$ ./a.out
Sum of values == 55
Product of values == 3628800
『注意使用了函式物件的accumulate()的用法。accumulate() 在內部將每個容器中的物件和第三個引數作為multiplies函式物件的引數,multiplies(1,v)計算乘積。VC中的這些模板的原始碼如下：
// 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：如果你想深入瞭解STL到底是怎麼實現的，最好的辦法是寫個簡單的程式，將程式中涉及到的模板原始碼給copy下來，稍作整理，就能看懂了。所以沒有必要去買什麼《STL原始碼剖析》之類的書籍，那些書可能反而浪費時間。』
///-----------------------------------------------------------2018-11-14-----練習至此
發生器 函式物件
（函式物件就是一個類，但它和回撥函式一樣可以被回撥。）
有一類有用的函式物件是“發生器”(generator)。這類函式有自己的記憶體，也就是說它能夠從先前的呼叫中記住一個值。例如隨機數發生器函式。
普通的C程式設計師使用靜態或全域性變數 “記憶”上次呼叫的結果。但這樣做的缺點是該函式無法和它的資料相分離『還有個缺點是要用TLS才能執行緒安全』。顯然，使用類來封裝一塊：“記憶體”更安全可靠。
（執行緒區域性儲存（Thread Local Storage，TLS）用來將資料與一個正在執行的指定執行緒關聯起來https://www.cnblogs.com/stli/archive/2010/11/03/1867852.html）
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;
}編譯執行結果如下：
$ 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物件：
pointer_to_unary_function<unsigned int, unsigned int>
ptr_RandInt = ptr_fun(RandInt);
這兒使用STL的單目函式模板定義了一個變數ptr_RandInt，並將地址初始化到我們的函式RandInt()。單目函式接受一個引數，並返回一個值。現在random_shuffle()可以如下呼叫：
random_shuffle(v.begin(), v.end(), ptr_RandInt);
在本例子中，發生器只是簡單的呼叫rand()函式。
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）
發生器函式類物件
下面的例子說明發生器函式類物件的使用。
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;
}
編譯執行輸出如下:
$ 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該程式用完全不同的方法使用使用rand_shuffle。Fibonacci 發生器封裝在一個類中，該類能從先前的“使用”中記憶執行結果。在本例中，類FiboRand 維護了一個數組和兩個索引變數I和j。
FiboRand類繼承自unary_function() 模板:
template <class Arg>
class FiboRand : public unary_function<Arg, Arg> {...
Arg是使用者自定義資料型別。該類還定以了兩個成員函式，一個是建構函式，另一個是operator()（）函式，該操作符允許random_shuffle()演算法象一個函式一樣“呼叫”一個FiboRand物件。
繫結器 函式物件
函式物件就是一個類，但它和回撥函式一樣可以被回撥。
一個繫結器使用另一個函式物件f()和引數值V建立一個函式物件。被繫結函式物件必須為雙目函式，也就是說有兩個引數,A和B。STL 中的幫定器有：
· bind1st() 建立一個函式物件，該函式物件將值V作為第一個引數A。
· bind2nd()建立一個函式物件，該函式物件將值V作為第二個引數B。
舉例如下：
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()計算滿足特定條件的元素的數目。 這是通過將一個函式物件和一個引數捆綁到為一個物件，並將該物件作為演算法的第三個引數實現的。 注意這個表示式:
bind1st(greater<int>(), 8)
該表示式將greater<int>()和一個引數值8捆綁為一個函式物件。由於使用了bind1st()，所以該函式相當於計算下述表示式：
8 > q
表示式中的q是容器中的物件。因此，完整的表示式
count_if(aList.begin(), aList.end(),
bind1st(greater<int>(), 8), k);
計算所有小於或等於8的物件的數目。
否定函式物件
所謂否定(negator)函式物件（函式物件就是一個類），就是它從另一個函式物件建立而來，如果原先的函式返回真，則否定函式物件返回假。有兩個否定函式物件：not1()和not2()。not1()接受單目函式物件，not2()接受雙目函式物件。否定函式物件通常和幫定器一起使用。例如，上節中用bind1nd來搜尋q<=8的值：
count_if(aList.begin(), aList.end(),
bind1st(greater<int>(), 8), k);
如果要搜尋q>8的物件，則用bind2st。而現在可以這樣寫：
start = find_if(aList.begin(), aList.end(),
not1(bind1nd(greater<int>(), 6)));
你必須使用not1，因為bind1nd返回單目函式。
總結：使用標準模板庫 (STL)
儘管很多程式設計師仍然在使用標準C函式，但是這就好像騎著毛驢尋找Mercedes一樣。你當然最終也會到達目標，但是你浪費了很多時間。
儘管有時候使用標準C函式確實方便(如使用sprintf()進行格式化輸出)。但是C函式不使用異常機制來報告錯誤，也不適合處理新的資料型別。而且標準C函式經常使用記憶體分配技術，沒有經驗的程式設計師很容易寫出bug來。.
C++標準庫則提供了更為安全，更為靈活的資料集處理方式。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，儘管在不同的實現之間仍有細節差別。
STL的最主要的兩個特點：資料結構和演算法的分離，非面向物件本質。訪問物件是通過象指標一樣的迭代器實現的；容器是象連結串列，向量之類的資料結構，並按模板方式提供；演算法是函式模板，用於操作容器中的資料。由於STL以模板為基礎，所以能用於任何資料型別和結構。