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標準模板庫STL介紹(1)
 
 
  
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標準模板庫STL介紹(1)
 [ 作者: 不詳
  添加時間: 2001-5-16 10:57:38
 ]
 
   標準模板庫，也叫 STL，是一個 C++ 容器類庫，算法和迭代器。他提供許多基本算法，數據結構。STL 是一個通用庫，即可以充份定制：幾乎所有的 STL 組件都是模板。在你使用 STL 前，你必須了解模板的工作情況。 
容器和算法
和許多類庫一樣，STL 包含容器類 - 可以包含其他對象的類。STL 包含向量類，鏈表類，雙向隊列類，集合類，圖類，等等。他們中的每個類都是模板，能包含各種類型的對象。例如，你可以用 vector<int> ，就象常規的 C 語言中的數組，除了 vector 不要你象數組那樣考慮到動態內存分配的問題。
   vector<int> v(3);      // 定義一個有三個元素的向量類
   v[0] = 7;
   v[1] = v[0] + 3;
   v[2] = v[0] + v[1];     // v[0] == 7, v[1] == 10, v[2] == 17 
STL 還包含了大量的算法。他們巧妙地處理儲存在容器中的數據。你能夠顛倒 vector 中的元素，只是簡單使用 reverse 算法。
   reverse(v.begin(), v.end()); // v[0] == 17, v[1] == 10, v[2] == 7
在調用 reverse 的時候有兩點要注意。首先，他是個全局函數，而不是成員函數。其次，他有兩個參數，而不是一個：他操作一定范圍的元素而不是操作容器。 在這個例子中他正好是對整個容器 V 操作。
以上兩點的原因是相同的：reverse 和其他 STL 算法一樣，他們是通用的，也就是說， reverse 不僅可以用來顛倒向量的元素，也可以顛倒鏈表中元素的順序。甚至可以對數組操作。下面的程序是合法的。
   double A[6] = { 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7 };
   reverse(A, A + 6);
   for (int i = 0; i < 6; ++i)
    cout << "A[" << i << "] = " << A[i];
這個例子也用到了范圍，和我們上面的向量的例子一樣：第一個參數是指向要操作的范圍的頭的指針，第二個參數是指向尾的指針。在這里，范圍是 [A, A + 6)。可能你注意到范圍的不對稱。
迭代器
在上面的 C 數組的例子中，reverse 的參數類型是 double*。那么在 向量 或鏈表中參數又是什么呢？也就是說，究竟 reverse 是如何定義參數的，并且 v.begin() 和 v.end() 返回什么？
問題的答案是 reverse 的參數是 迭代器 (iterators)。他是指針的概括。指針自己也是迭代器。這也是為什么可以顛倒數組中元素的順序的原因。同樣地，向量 定義了嵌套的類型 iterator 和 const_iterator。在上面的例子中， v.begin() 和 v.end() 返回的類型是 vector<int>::iterator。還有一些迭代器，如 istream_iterator 和 ostream_iterator。他們根本不能和容器關聯。
迭代器的出現讓算法和容器的分離成為可能。算法是模板，其類型依賴于迭代器，因此不會局限于單一的容器。例如，我們寫個算法實現在一定范圍的線性查找。下面就是 STL 的 find 算法。
   template <class InputIterator, class T>
   InputIterator find(InputIterator first, InputIterator last, const T& value) {
     while (first != last && *first != value) ++first;
     return first;
   }
Find 有三個參數：兩個迭代器定義范圍，第三個是要查找的值。他遍歷范圍 [first, last)，從頭到尾的處理，在找到后停止或到范圍的最后停止。
First 和 last 定義為 InputIterator 類型，而 InputIterator 是個模板參數。也就是說，實際上沒有一個真實的類型 InputIterator：當你調用 find 時，編譯器用實際的類型去匹配 InputIterator 和 T。如果 find 的兩個參數中第一個實現是 int*，第三個實現是 int，那么你可以認為是在執行下面的函數。
   int* find(int* first, int* last, const int& value) {
     while (first != last && *first != value) ++first;
     return first;
   }
約束和類屬實參
對于函數模板 (不僅僅是 STL 算法) 來說，一個非常重要的問題是：用什么樣的參數類型去匹配模板參數才正確？為詳細說明這個問題，我們舉例：顯然，int* 或 double* 能夠代替 find 的模板參數 InputIterator。而 int 或 double 則不行。因此，有個顯然的答案是：find 隱含地定義了對于類型的要求。無論用什么類型來實現 InputIterator，都必須提供一定的操作：他必須能夠比較兩個對象的大小，他必須能夠進行增加操作。
Find 不是僅有的一個有如此要求的 STL 算法。for_each 和 count 以及其他算法，都要滿足上面的要求。這些要求很重要，所以我們給他取個名字：我們將這一類類型條件叫約束 (concept)。我們稱上面的約束為 Input Iterator。如果一個類型滿足所有的要求，那么我們說這個類型符合該約束，或者說他是該約束的類屬實參 (Model)。我們說 int* 是 Input Iterator 的類屬實參，因為 int* 能提供 Input Iterator 所要求的所有操作。
約束可不是 C++ 語言的一部份，在一個程序中你沒有辦法去定義一個約束，或者定義某類型是約束的類屬實參。然而，約束是 STL 中的很重要的一部份。使用約束類屬機制讓我們在程序中從程序實現中分離接口成為可能。find 的作者只要考慮接口只針對于 Input Iterator 而不是去實現符合該約束的所有可能數據類型。同樣，如果你要用 find，那么你只要確定你傳遞的參數是 Input Iterator 的類屬實參就可以了。這就是為什么 find 和 reverse 能夠在 list, vector, C 數組合其他類型中使用。用約束(的思想)去編程，而不是固定于某一特定類型，讓程序重用組件和將組件組合使用。
Refinement
Input Iterator 實際上是相當弱的約束。也就是說，他只有少數幾個要求。一個 Input Iterator 必須支持指針運算的子集(他必須能夠通過操作符 operator++ 來增加 Input Iterator )，但是不需要其支持所有的指針算法。這對于 find 來說足夠了，但是其他的一些算法就不是這樣的，他們需要滿足另外的條件。例如 Reverse 還要能夠支持操作符 --。用術語來說，就是 reverse 的參數要是 Bidirectional Iterator 而非 Input Iterator。
Bidirectional Iterator 的約束和 Input Iterator 的約束很相近：他只是簡單地增加了一點另外的條件。Bidirectional Iterator 的類屬實參是 Input terator 類屬實參的子集：每個是 Bidirectional Iterator 類屬實參的數據類型都是 Input Iterator 的類屬實參。例如 Int* 即是 Bidirectional Iterator 的類屬實參，也是 Input Iterator 的類屬實參。但是 istream_iterator就不同了，他只是 Input Iterator 的類屬實參：他不能“適應”更嚴格的 Bidirectional Iterator 的要求。
我們這樣來描述 Input Iterator 和 Bidirectional Iterator 的關系： Bidirectional Iterator 是 Input Iterator 的 refinement。約束的 refinement 非常象 C++ 類的繼承。我們用不同的詞的主要原因是 refinement 用于約束而不是實際的類型。
除了我們上面提到的兩個迭代器約束外，還有三個迭代器約束。這五個迭代器 約束是： Output Iterator, Input Iterator, Forward Iterator, Bidirectional Iterator 和 Random Access Iterator。Forward Iterator 是 Input Iterator 的 refinement，Bidirectional Iterator 又是 Forward Iterator 的 refinement, Random Access Iterator 是 Bidirectional Iterator 的 refinement。(Output Iterator 和其他四個約束有關系，但是不是 refinement 層次上的關系：他不是其他四個的 refinement，其他四個也不是他的 refinement。)
   
   
  
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