GeekBand STL与泛型编程第一周

1.模板观念与函数模板

课程主要内容

C++模板简介
泛型编程
容器
进阶

C++模板简介

generic types:泛型。type翻译为型别。型别更加的具体。

简单的例子：

int Max(int a, int b){
    return (a > b) ? a : b;
}

long Max(long a, long b){
    return (a > b) ? a : b;
}
...

===>

template
T Max(T a, T b){
    return (a > b) ? a : b;
}

在这个函数中，T是一个abstract type，generic type，不是一个具体的类型。

两种类模板

类模板(Class template)
函数模板(Function template)

模板声明的时候，并未给出函数或类的完整定义。只是提供了一个语法框架。

模板的实例化是从模板构建出一个真正的函数或类的过程，指定T真正型别的时候。

实例化（instantiation）

显式实例化，在代码中明确指定
隐式实例化，由编译器推导

C++函数模板

是指参数化的一族函数（不止一个）。

class 和 typename，在用作定义型别参数时，在语法上没有区别，但是在语义上有区别，建议使用typename。但是不能使用struct。

在使用Max模板函数时，不能使用不同型别的参数来调用。

用具体型别代替模板参数T的过程就叫做实例化，从而产生了一个模板实例。

模板被编译了两次

没有实例化之前，编译器会检查语法是否有错误。
实例化期间，编译器会检查调用是否合法。

参数推导

模板参数是由传递给模板函数的实参决定的。
不允许自动型别转换，每个T必须严格匹配。

Max(1, 2.0);

===>

Max(static_cast(1), 2.0);//将1转换为double

Max(1, 2.0);//编译器认为1为double

函数模板重载

函数模板也可以像普通函数一样被重载。普通函数可以和模板函数同同时存在（名称一样），当调用即符合普通函数的调用，又符合模板函数时，优先调用普通函数。

所有的重载版本的声明必须位于他们被调用位置之前。

2.类模板与操作符重载

类模板

类通过参数泛化，从而构建出一族不同型别的类实例。

类模板实参可以是某一型别或常量（仅限int或enum），而且可以带默认值。

一个例子

const std::size_t DefaultStackSize = 1024;
template
class Stack{
public:
    void Push(const T cosnt& element)；
    int Pop(T& element);
    int Top(T& element) cosnt;
private:
    std::vector m_Members;
    std::size_t m_nMaxSize = n; //n是编译时的常量，n可以有默认值
};

类模板的声明

在类模板内部，T可以像其他型别一样，定义变量和成员函数。

除了Copy constructor之外，如果在类模板中需要使用到类本身，如operator=，应该使用完整的定义（Stack）,而不能省略型别T。

Stack& operator= (Stack const &)

类模板的实现

template
void Stack::Push(const T cosnt& element){ ... }

类模板的特化
允许对一个类模板的某些模板参数型别做特化。

特化的作用或好处

对于某种特殊的型别，可以做一些特别的优化或提供不同的处理方式。
避免在实例化类模板时引起一些可能产生的诡异行为。

特化一个类需要特化其所有参数化的成员函数。

template<>
class Stack{ ... };

特化后可以添加新的成员函数，也可以改为使用list来存储Stack的内部实现。

偏特化

类模板被定义为：

template  
class MyClass{ ... };

偏特化为同样类型：

template  class MyClass { ... };

偏特化部分模板参数为指定型别：

template  class MyClass { ... };

偏特化为指针：

template  
class MyClass{ ... };

使用	原型
MyClass obj;	MyClass
MyClass obj;	MyClass
MyClass obj;	MyClass
MyClass, float> obj;	MyClass, T2>

如果不止一个偏特化同等程度地能够匹配某个调用，那么该调用具有二义性，编译会报错。

使用	原型
MyClass obj;	Error matches MyClass and MyClass
MyClass, int> obj;	Error matches MyClass and MyClass, T2>

默认模板实参

类似于函数的默认参数，对于类模板而言也可以定义其模板参数的默认值，这些值就叫做默认模板参数。

C++操作符重载

不可以用operator定义一种新的操作符
对于内置型别，不能再用operator重载
可重载为非静态成员函数或静态全局函数，如果该全局函数需要访问类的private和protected成员，则需要声明为friend。
除了operator=，所有其他操作符重载均可以被子类继承。

3.泛型编程(Generic Programming)

概观

泛型编程是一种思想，是一种编程方法。在不同的语言表现方式不一样，在C++中使用模板的方式表现出来。

关联特性 Traits

什么是traits，以及为什么使用traits？

template
T Sigma(const T* begin, const T* end){
    T total = T();
    while(end != begin){
        total += *begin++;
    }
    return total;
}

char str[] = "abc";
int length = strlen(str);
char* p = str;
char* e = str + length;
printf("Sigma(str) = %d\n", Sigma(p, q)); //得到的结果溢出。

运行结果（溢出）：

Sigma(str) = 38

为每个Sigma函数的参数型别创建一种关联（association），关联的型别就是用来存储Sigma结果的型别。

这种关联可以看做是型别T的一种特性（characteristic of the type T），此种型别可以称作T的trait。

Trais可以实现为模板类，association则是针对每个具体型别T的特化。

template class SigmaTraits{};
template<> class SigmaTraits{
    public: typedef int ReturnType;
};
template<> class SigmaTraits{
    public: typedef int ReturnType;
};
...

修改后的Sigma函数：

template
typename SigmaTraits::ReturnType Sigma(const T* begin, const T* end){
    typedef SigmaTraits::ReturnType ReturnType;
    ReturnType total = ReturnType();
    while(end != begin){
        total += *begin++;
    }
    return total;
}

修改后的执行结果：

Sigma(str) = 294

虽然此时传入参数T的型别是char，但是返回类型是int。原因就是使用了Traits。

迭代器

迭代器是指泛化的指针，迭代器本身是一个对象，指向另外一个（可以被迭代的）对象。

在STL中迭代器是容器和算法之间的接口。

基本思想

分离算法和容器，不需要相互依赖。
粘合算法和容器，使得一种算法的实现可以运用到多种不同的容器上。
每种容器都有其对应的迭代器。

4.容器（上）

Vector

Vector是一种可以存放任意型别的动态数组，连续的内存空间。

#include//使用的时候，不要加.h

访问vector的元素：

vector::at() //有数组越界检查，效率低。
vector::operator[] //不检查，效率高。

删除vector的元素：

clear：清除整个vector
pop_back：弹出vector尾部元素
erase：删除vector某一位置元素

v.erase(
    std::remove_if(
        v.begin(),
        v.end(),
        ContainsString(L"C++")
    ),
    v.end());

std::remove_if函数返回了一个迭代器，需要删除的元素的位置，remove_if函数需要一个条件函数，条件函数是一个派生自std::unary_function的一个仿函数，返回true或false来决定该元素是否是否会被删除。

Deque

Deque是一种可以存放任意型别的双向队列。

Deque提供的函数与vector类似，新增了两个函数：

push_front：在头部插入一个元素
pop_front：在头部弹出一个元素

List

List是一种可以存放任意型别的双向链表（doubly linked list）。内存中地址不连续。

List的优势：

List的优势在于其弹性，可以随意插入和删除元素，仅仅改变节点前项和后项的链接。
对于插入、删除和替换等，效率极高。
通常只改变链接，没有元素复制。

List的劣势：

只能以连续的方式存取List中的元素。
对于查找、随机存取等元素定位，效率低。

splice

list::splice实现list拼接的功能。将源list的内容部分或全部元素删除，拼插入到目的list。

函数有以下三种声明：

void splice ( iterator position, list& x );

void splice ( iterator position, list& x, iterator i );

void splice ( iterator position, list& x, iterator first, iterator last );

函数说明：在list间移动元素：

将x的元素移动到目的list的指定位置，高效的将他们插入到目的list并从x中删除。
目的list的大小会增加，增加的大小为插入元素的大小。x的大小相应的会减少同样的大小。
前两个函数不会涉及到元素的创建或销毁。第三个函数会.
指向被删除元素的迭代器会失效。

参数：

position：目的list的位置，用来标明插入位置。
x ：源list。
first,last：x里需要被移动的元素的迭代器。区间为[first, last)，包含first指向的元素，不包含last指向的元素。

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