C++泛型编程

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C++泛型编程

所谓泛型编程（Generic Programming）是指编程与类型无关，编写的算法可以在各种类型上使用。标准模板库是一个典型的使用泛型编程思想设计的C++库。

标准模板库

在C++中提供了一个STL（Standard Template Library）库，这个库中提供了基本的数据结构和算法。比如：链表、集合等。

容器分为两类：

顺序容器：元素按照线性排列的容器，比如向量、链表等
关联容器：元素按照关键字关系存储，能够通过关键字快速找到元素，比如map、set等

注：数组也是一种特殊的顺序容器，字符串也是一种特殊的顺序容器。

算法提供了可以在多种容器上进行的一些通用操作，比如find、min等，它们可以作用在数组、向量、链表等容器上。为了实现算法与容器无关，算法不用容器为参数，而是以迭代子为参数。

写一个算法find，在一个存放整数的vector中查找一个整数值。

int *find(const vector<int> &vec, int value) {
    for(int i = 0; i < vec.size(); i++) {
        if(vec[i] == value)
            return &vec[i];
    }
    return NULL;
}

现在将这个程序改成在存放任何类型的vector中都可以查找一个值，我们可以使用template

template<class T>
T* find(const vector<T> &vec, T value) {
    for(int i = 0; i < vec.size(); i++) {
        if(vec[i] == value)
            return &vec[i];
    }
    return NULL;
}

接下来让这个find既可以在vector中查找，也可以在数组中查找。我们可以用函数重载的方式实现，但是这样要写两个函数。

如果要用一个函数实现，我们就不能传vector或者array，而是它们共同的东西。我们用起始元素和终止元素的地址来标识。

template<class T>
T* find(T* begin, T* end, T value) {
    while(begin != end) {
        if(*begin == value)
            return begin;
        begin ++;
    }
    return NULL;
}

这个程序当中不再出现数组类型或者vector类型了。我们可以用各种数组来测试它：

int ia[] = {1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34};
double da[] = {1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0};
string sa[] = {"lion", "tiger", "leopard"}

int *pi = find(ia, ia+9, 3);
double *pd = find(da, da+6, 3.5);
string *ps = find(sa, sa+3, "cat");

如果要在vector用find

vector<string> svec;
svec.push_back("lion");
svec.push_back("tiger");
svec.push_back("leopard");
string *ps = find(&svec[0], &svec[svec.size()], "cat");

迭代子iterator

如何让这个函数也可以作用在链表list上？在链表上，指针的运算就会发生变化，++,*,和!=都和指针不同。这时我们用迭代子来代替指针。

template<class Iterator, class T>
Iterator find(Iterator begin, Iterator end, T value) {
    while(begin != end) {
        if(value == *begin)
             return begin;
        begin++;
    }
    return end;
}

这时，我们可以这样使用这个函数：

int ia[] = {1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34};
int *pa = find(ia, ia+9, 13);
if(pa != ia+9)
    cout << "found";

vector<int> ivec;
vector<int>::iterator it;
it = find( ivec.begin(), ivec.end(), 13);
if( it != ivec.end() )
    cout << "found";

list<int> ilist;
list<int>::iterator iter;
iter = find(ilist.begin(), ilist.end(), 13);
if( iter != ilist.end() )
    cout << "found"

容器的基本用法

==和!= 判断两个容器里面的内容是否完全相同（或有所不同）
= 赋值
empty() 判断容器是否为空
size() 取元素的个数
clear() 清空容器
begin(), end() 迭代子
insert() 插入
erase() 删除

顺序容器

vector以连续内存来存放元素，可以随机存取其中的元素。在vector的中间或者头部插入或删除元素会很慢。
list以双向链表来存放元素，只能顺序访问其中的元素。任何位置插入对很快。
deque是双端队列，它和vector比较相似。区别是在头部插入和删除效率提高。

用如下方式可以构造一个容器对象：

#include <vector>
#include <list>
#include <deque>
using namespace std;

int main() {
    list<string> slist;

    list<int> ilist(100);

    int ia[] = {1, 1, 2, 3, 5, 8 13, 21};
    vector<int> fib(ia, ia+8);
    list<string> slist2(list);
}

基本的操作：

push_back(x)在尾部插入一个元素x
pop_back()在尾部删除一个元素
push_front(x)在头部插入一个元素x
pop_front()在头部删除一个元素
front()取头部元素的值
back()取尾部元素的值
iterator insert(iterator pos, elemtype x)在pos位置插入一个元素x
void insert(iterator pos, int count, elemtype x) 在pos位置插入count个元素x
void insert(iterator1 pos, iterator2 begin, iterator2 end) 在pos位置插入另外一个容器的一段元素
iterator insert(iterator pos) 在pos位置插入一个默认值
iterator erase(iterator pos) 删除pos位置上的元素
iterator erase(iterator begin, iterator end) 删除一段元素

算法

库中为我们提供了很多泛型函数

#include <algorithm>

find 按顺序查找某值
bineary_search 二分查找某值
count 返回某元素的个数
search 查找某个序列
max_element 查找最大元素
sort 排序

函数对象

我要找出满足特定条件的元素，则我们给函数传一个判断标准而不是一个具体的值：

Iterator find_if(Iterator begin, Iterator end, FunctionObject op);

int ia[] = {1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34};
int *pa = find_if(ia, ia+9, greater_than_ten);

bool greater_than_ten(int a) {
    return a > 10;
}

从大到小排序

bool greater(int a, int b) {
    return a>b;
}

int ia[] = {1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34};
sort(ia, ia+9, greater);

能不能不写函数？用内置的函数对象来实现：

#include <functional>

int ia[] = {1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34};
sort(ia, ia+9, greater<int>());
int *pa = find_if(ia, ia+9, bind2nd( greater<int>(), 10));

关联容器

map用于将一个关键字key映射到一个值。

#include <map>
#include <string>

map<string, int> words;

words["hello"] = 1;

string w;
while(cin >> w)
    words[w] ++;

map<string,int>::iterator it = words.begin();
for(; it != words.end(); it++)
    cout << "key: " << it->first << "value: " << it->second << endl;

int count = words["hello"];
if(count != 0)
    cout << "found" << count;

map<string,int> it = words.find("hello");
if( it != words.end() )
    count = it -> second;

set是只将key存到集合中去，没有对应值。

#include <set>

int ia[] = {1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21};
set<int> iset(ia, ia+9);
iset.insert(10);

set<int>::iterator it = iset.begin();
for(; it != iset.end(); ++it)
    cout << *it << endl;