#《Essential C++》读书笔记# 第三章 泛型编程风格
基础知识
array与vector是连续存储空间，可以用指针的算术运算实现对容器的访问。list也是一个容器，不同的是，list的元素以一组指针相互链接(linked)：前向(forward)指针指向下一个(next)元素，后向(backward)指针指向上一个(preceding)元素。因此，指针的算术运算并不适用于list。解决这个问题的办法是，在底层指针的行为之上提供一层抽象，取代程序原本的“指针直接操作”方式。我们把底层指针的处理通通放在此抽象层中，让用户无须直接面对指针操作，iterator（泛型指针）应运而生。
泛型算法提供了许多可作用于容器类及类型上的操作。这些算法之所以称之为泛型(generic)，是因为它们和它们想要操作的元素类型无关。泛型算符系通过function template技术，达到“与操作对象的类型相互独立”的目的。
利用istream_iterator从标准输入设备读取字符串，我们需要一对iterator：first和last，用来标示元素范围。以下定义：
istream_iterator<string> is(cin);
为我们提供了一个first iterator，它将is定义为一个“绑至标准输入设备”的istream_iterator。我们还需要一个last_iterator，表示“要读取的最后一个元素的下一个位置”。对于不标准输入设备而言，end-of-file即代表last。只要在定义istream_iterator时不为它指定istream对象，它便代表了end-of-file，例如：
istream_iterator<string> eof;所有容器的共通操作
equality（==）和inequality（!=）运算符，返回ture或false。
assignment（=）运算符，将某个容器复制给另一个容器。
empty()会在容器无任何元素时返回true，否则返回false。
size()返回容器内目前持有的元素个数。
clear()删除所有元素
每个容器都提供了begin()和end()两个函数，分别返回指向容器的第一个元素和最后一个元素的下一位置的iterator。通常我们在容器身上进行的迭代操作都是始于begin()而终于end()。
所有容器都提供insert ()用以插入元素，以及erase()用以删除元素。
insert()将单一或某个范围内的元素插入容器内。
erase()将容器内的单一元素或某个范围内的元素删除。
insert()和erase()的行为视容器本身为顺序性(sequential)容器或关联(associative)容器而有所不同。
顺序性容器
顺序性容器用来维护一组排列有序、类型相同的元素。这里介绍三种主要的顺序性容器vector、list和deque。
vector以一块连续内存来存放元素。对vector进行随机访问(random access)——例如先取其第5个元素，再取其第17个元素，然后取其第九个元素——颇有效率；vector内的每个元素都被储存在距离起始点的固定偏移位置上。如果将元素插入任意位置，而此位置不是vector的末端，那么效率将很低，因为插入位置右端的每个元素，都必须被复制一份，依次向右移动。同样道理，删除vector内最后一个元素以外的任意元素，同样缺乏效率。
list系以双向链接(double-linked)而非连续内存来存储内容，因此可以执行前进或后退操作。list中的每个元素都包含三个字段：value、back指针（指向前一个元素）、front指针（指向下一个元素）。在list的任意位置进行元素的插入或删除操作，都颇具效率，因为list本身只需适当设定back指针和front指针即可。但是如果要对list进行随机访问，则效率不彰。
第三种顺序性容器是所谓的deque(读作deck)。deque的行为和vector颇为相似——都以连续内存储存元素。和vector不同的是，deque对于最前端元素的插入和删除操作，效率更高；末端元素亦同。（标准库的queue便是以deque实现，也就是说，以deque作为底部储存元素。）
定义顺序性容器对象的方式有五种：
1. 产生空的容器：
list<string> slist; vector<int> ivec;2. 产生特定大小的容器。每个元素都以其默认值作为初值：
list<int> ilist(1024); vector<string> svec(32);3. 产生特定大小的容器，并为每个元素指定初值：
vector<int> ivec(10, -1); list<string> slist(16, "unassigned");4. 通过一对iterator产生容器，这对iterator用来标示一整组作为初值的元素的范围：
int ia[8] = { 1,1,2,3,5,8,13,21 }; vector<int> fib(ia, ia + 8);5. 根据某个容器产生出新容器，复制原容器内的元素，作为新容器的初值：
list<string> slist; list<string> slist2(slist);
有两个特别的操作函数，允许我们在容器的末尾进行插入和删除操作：push_back()和pop_back()。push_back()会在末端插入一个元素，pop_back()会删除最后一个元素。除此之外，list和deque（但不包括vector）还提供了push_front()和pop_front()，允许在容器前端进行插入和删除操作。
关联容器
关联容器可以让我们快速查找容器中的元素值。
map是一对对的key/value 组合。key用于查找，value用来标示我们要储存或取出的数据。举例来说，电话号码即可以用map轻松表示，电话用户名便是key，而value与电话号码产生关联。
set，仅包含有key。我们对它进行查询操作，为的是判断某值是否存在于其中。如果我们想要建立一组索引表，用来记录出现于新闻、故事中的字眼，我们可能会希望将一些中性字眼如the、an、but排除掉。在让某个字眼进入索引表之前，我们要先查询exclude_word这么一个set，如果这个字眼在里面，我们便忽略它不再计较；反之则将它加入索引表。
练习题答案
练习3.1 写一个读取文本文件的程序，将文件中的每个单字存入map。map的key便是刚才所说的单字，map的value则是该单字在文本文件中的出现次数。再定义一份由“排除字眼”组成的set，其中包含诸如a，an，or，the、and和but之类的单字。将某个单字放入map之前，先确定该单字并不在“排除字集”中。一旦文本文件读取完毕，请显示一份单字清单，并显示各单字的出现次数。你甚至可以再加以扩展，在显示单字之前，允许用户查询某个单字是否出现于文本文件中。
#include <map> #include <set> #include <string> #include <iostream> #include <fstream> using namespace std; void initialize_exclusion_set(set<string>&); void process_file(map<string, int>&, const set<string>&, ifstream&); void user_query(const map<string, int>&); void display_word_count(const map<string, int>&, ofstream&); int main() { ifstream ifile("1.txt"); ofstream ofile("2.txt"); if (!ifile || !ofile) { cerr << "Unable to open file -- bailling out!\n"; return -1; } set<string> exclude_set; initialize_exclusion_set(exclude_set); map<string, int> word_count; process_file(word_count, exclude_set, ifile); user_query(word_count); display_word_count(word_count, ofile); return 0; } void initialize_exclusion_set(set<string>& exs) { static string _excluded_words[25] = { "the","and","but","that","then","are","been", "can","a","could","did","for","of", "had","have","him","his","her","its","is", "were","which","when","with","would" }; exs.insert(_excluded_words, _excluded_words + 25); } void process_file(map<string, int>& word_count, const set<string>& exclude_set, ifstream& ifile) { string word; while (ifile >> word) { if (exclude_set.count(word)) continue; word_count[word]++; } } void user_query(const map<string, int>& word_map) { string search_word; cout << "Please enter a word to search( q to quit ): "; cin >> search_word; while (search_word.size() && search_word != "q") { map<string, int>::const_iterator it; if ((it = word_map.find(search_word)) != word_map.end()) cout << "Found! " << it->first << " occurs " << it->second << " times.\n"; else cout << search_word << " was not fount in text.\n"; cout << "\nAnother search?( q to quit) "; cin >> search_word; } } void display_word_count(const map<string, int>& word_map, ofstream& os) { map<string, int>::const_iterator iter = word_map.begin(), end_it = word_map.end(); while (iter != end_it) { os << iter->first << " ( " << iter->second << " ) " << endl; ++iter; } os << endl; }
练习3.2 读取文本文件内容——和练习3.1一样——并将内容储存于vector。以字符串长度为依据，对vector进行排序。定义一个function object并传给sort()；这一function object接受两个字符串，当第一字符串的长度小于第二字符串的长度时，就返回true。最后，打印排序后的vector内容。
#include <iostream> #include <vector> #include <fstream> #include <algorithm> using namespace std; class LessThan { public: bool operator()(const string& s1, const string& s2) { return s1.size() < s2.size(); } }; template <typename elemType> void display_vector(const vector<elemType>& vec, ostream& os = cout, int len = 8) { vector<elemType>::const_iterator iter = vec.begin(), end_it = vec.end(); int elem_cnt = 1; while (iter != end_it) { os << *iter++ << (!(elem_cnt ++ % len) ? '\n' : ' '); } os << endl; } int main() { ifstream ifile("1.txt"); ofstream ofile("2.txt"); if (!ifile || !ifile) { cerr << "Unable to open file -- bailing out!\n"; return -1; } vector<string> text; string word; while (ifile >> word) text.push_back(word); sort(text.begin(), text.end(), LessThan()); display_vector(text, ofile); return 0; }
练习3.3 定义一个map，以家庭姓氏为key，value则是家庭所有小孩的名字。另此map至少容纳六笔数据。允许用户根据姓氏来查询，并得以打印map内的每一笔数据。
#include <iostream> #include <vector> #include <map> #include <fstream> #include <string> using namespace std; typedef vector<string> vstring; void populate_map(ifstream& nameFile, map<string, vstring>& families) { string textline; while (getline(nameFile, textline)) { string fam_name; vector<string> child; string::size_type pos = 0, prev_pos = 0, text_size = textline.size(); //找出以空格分隔开来的所有单字 while ((pos = textline.find_first_of(' ', pos)) != string::npos) //string::npos表示直到字符串结束 { //计算所有自字符串的终点 string::size_type end_pos = pos - prev_pos; //倘若prev_pos并未设置（或说其值为0），那么读到的单字就是家庭姓氏，否则我们就一一读取孩子们的名字 if (!prev_pos) fam_name = textline.substr(prev_pos, end_pos); else child.push_back(textline.substr(prev_pos, end_pos)); prev_pos = ++pos; } //现在处理最后一个孩子的名字 if (prev_pos < text_size) child.push_back(textline.substr(prev_pos, pos - prev_pos)); if (!families.count(fam_name)) families[fam_name] = child; else cerr << "Oops! We already hava a " << fam_name << " family in our map!\n"; } } void display_map(const map<string, vstring>& families, ostream& os) { map<string, vstring>::const_iterator it = families.begin(), end_it = families.end(); while (it != end_it) { os << "The " << it->first << " family "; if (it->second.empty()) os << "has no children\n"; else { os << "has " << it->second.size() << " children: "; vector<string>::const_iterator iter = it->second.begin(), end_iter = it->second.end(); while (iter != end_iter) { os << *iter << " "; ++iter; } os << endl; } ++it; } } void query_map(const string& family, const map<string, vstring>& families) { map<string, vstring>::const_iterator it = families.find(family); if (it == families.end()) { cout << "Sorry. The " << family << " is not currently entered.\n"; return; } cout << "The " << family; if (!it->second.size()) cout << " has no children.\n"; else { cout << " has " << it->second.size() << " children: "; vector<string>::const_iterator iter = it->second.begin(), end_iter = it->second.end(); while (iter != end_iter) { cout << *iter << " "; ++iter; } cout << endl; } } int main() { map<string, vstring> families; ifstream nameFile("1.txt"); if (!nameFile) { cerr << "Unable to find the file. bailling out!\n"; return -1; } populate_map(nameFile, families); string family_name; while (1) { cout << "Please enter a family name or q to quit "; cin >> family_name; if (family_name == "q") break; query_map(family_name, families); } display_map(families, cout); return 0; }
练习3.4 编写一个程序，利用istream_iterator从标准输入设备读取一连串整数。利用ostream_iterator将其中的奇数写至某个文件，每个数值皆以空格分隔。再利用ostream_iterator将偶数写到另一个文件，每个数值单独放在一行中。
#include <iterator> #include <vector> #include <iostream> #include <algorithm> #include <fstream> using namespace std; class even_elem { public: bool operator()(int elem) { return elem % 2 ? false : true; } }; int main() { vector<int> input; istream_iterator<int> in(cin), eos; ofstream even_file("even.file.txt"), odd_file("odd_file.txt"); if (!even_file || !odd_file) { cerr << "arghh! unable to open the output files. bailling out!"; return -1; } //将ostream_iterator绑定至相应的ofstream对象上，第二参数代表每个元素输出时的分隔符。 ostream_iterator<int> even_iter(even_file, "\n"), odd_iter(odd_file, " "); copy(in, eos, back_inserter(input)); vector<int>::iterator division = partition(input.begin(), input.end(), even_elem()); copy(input.begin(), division, even_iter); copy(division, input.end(), odd_iter); return 0; }
“有志者，事竟成，破釜沉舟，百二秦关终属楚。”
