【C++】13.泛型算法与Lambda表达式[深蓝学院C++第11章]

前言

 

一.泛型算法

1.1定义

泛型算法：可以支持多种类型的算法

1.2需求来源

讨论对象：C++标准库中定义的算法，涉及到的头文件<algorithm><numeric><ranges>

 为什么引入泛型而不采用方法：

（1）内建数据类型不支持方法,如数组并没有什么方法

（2）计算逻辑存在相似性，避免重复定义

泛型算法通常都不复杂，但优化足够好

一些泛型算法与方法同名、功能类似，此时建议使用方法而非算法：std::find VS std::map::find，优先用专用的再次通用的

1.3实现方式

如何实现支持多种类型：通常使用迭代器作为算法与数据的桥梁

1.4分类

（1）读算法，给定迭代区间，读取其中的元素并进行计算，accumulate/find/count

（2）写算法，向一个迭代区间中写入元素，如单纯的写fill、fill_n，读写操作transpose（转换并写入）、copy，注意写算法一定要保证目标区间足够大

（3）排序算法，改变输入序列中元素的顺序，sort、unique（去重）

1.5迭代器

泛型算法使用迭代器实现元素访问

基于容器的、常见的迭代器分类：

（1）输入迭代器：可读，可递增——典型应用为find算法

（2）输出迭代器：可写，可递增——典型应用为copy算法

（3）前向迭代器：可读写，可递增——典型应用为replace算法

（4）双向迭代器：可读写，可递增递减——典型应用为reverse算法

（5）随机访问迭代器：可读写，可增加一个整数——典型应用为sort算法

一些算法会根据迭代器类别的不同引入相应的优化：如计算两个元素间距离的distance算法

特殊的迭代器：（略）

（1）插入迭代器，

（2）流迭代器，

（3）反向迭代器，

（4）移动迭代器，

1.6迭代器与哨兵

哨兵：Sentinel，用于标识访问区间的结尾

1.7并发算法（略）

std::execution::seq

std::execution::par

std::execution::par_unseq

std::execution::unseq

 

二.bind与lambda表达式

很多算法允许通过“可调用对象”自定义的计算逻辑

如何定义“可调用对象”：

（1）函数指针，概念直观，但定义位置受限

（2）类，功能强大，但书写麻烦

（3）bind：基于已有的逻辑灵活适配，但描述复杂逻辑时语法可能会比较复杂难懂

（4）lambda表达式，小巧灵活，功能强大

 2.1bind

bind，修改可调用对象的调用方式

std::copy_if(x.begin(),x.end(),std::back_inserter(y),std::bind2st(std::greater<int>(),3));

历史：C++11引入，早起的bind：std::bind1st,std::bind2nd，具有bind的基本思想但功能有限

特性：

（1）调用std::bind时，传入的参数会被复制，这可能会产生一些调用风险

（2）可以使用std::ref或std::cref避免复制的行为

使用方式

bool myPredict(int val1,int val2){
    return val1 > val2;
}
int main(){
    using namespace std::placeholders;

    auto x = std::bind(myPredict,_1,3);
    std::cout << x(50);
}

其中：占位符表示输入的第几个参数放在哪个位置

2.2lambda表达式

需求：为了更灵活地实现可调用对象而引入，

auto x =[](int val){return val > 3;};
std::cout << x(5) << std::endl;

从C++11开始引入，

Lambda表达式会被编译器翻译成类进行处理，

lambda表达式的基本组成部分：

（1）参数与函数体，包括[]、形参列表、普通函数体+;

（2）返回类型，编译器自动推导，前提是所有return语句的表达式类型是相同的；如果不同，可以在函数签名后用 -> type的方式来指定；

（3）捕获，针对函数体中使用的局部自动对象进行捕获，包括值、引用和混合捕获，this捕获，初始化捕获，*this捕获

传入y，auto x =[y](int val){return val > 3;};y被复制进临时类中

传入&y，auto x =[&y](int val){return val > 3;};y的引用被传进临时类中，不需要加mutable

（4）说明符，mutable/constexpr/consteval，暂略

（5）模板形参

Lambda的深入应用：略

（1）即调用函数表达式

（2）捕获时计算

（3）使用auto避免复制

（4）Lifting

（5）递归调用

三.泛型算法的改进——ranges

暂略