C++泛型编程

面向对象编程关注数据，泛型编程关注算法。

模板和迭代器：都是STL通用方法的组成部分，模板让算法独立于数据类型，迭代器让算法独立于容器类型。例如，对于在数组和在链表中查找特定值节点的find函数，模板提供了存储在容器中的数据类型的通用表示，还需要提供遍历容器中值的通用表示，这就是迭代器，理解迭代器的使用，类比模板。

迭代器需要注意的概念：

1.超尾

STL设计中所有区间都是形如[a, b)的，因此遍历一个完整的容器，最后是一个超尾，即指向最后一个元素后面的地址。对于数组这来说，最后一个元素后面的地址是可以获取到的，可以直接用来判断是否到达超尾，对于链表，可以使用NULL充当超尾。

2.p++和++p

例如，对一个链表的迭代器，需要设计一个迭代器类，为这个类重载++，如下：

iterator & operator++()
{
    p = p->next;
    return * this;
}

iterator operator++(int)
{
    iterator tmp = *this;
    p = p->next;
    return tmp;
}

这里注意两个问题，一个是返回值，++p先++然后使用p，因此直接返回*this即可，返回值是引用；对于p++，先使用p然后++，因此使用一个临时的迭代器tmp保存当前*this，最后返回的是局部变量tmp，不能使用引用，必须是值。另一个问题是为了区分两种版本，p++使用了一个int类型的参数，这个参数仅仅用来提示编译器，因此不需要提供形参名。

对于p++的理解：p是链表节点，这个节点是迭代器类的private数据。使用迭代器的时候，创建一个迭代器对象，这个对象中的私有数据部分p指向一个链表节点，这个时候说这个迭代器当前访问的节点是p，迭代器能遍历链表，意思就是p一直在移动，每次指向一个链表节点，相当于迭代器一直在移动。要访问迭代器当前结点的值，需要定义一个operator*方法对p解引用 。

使用迭代器的时候，不需要知道内部是怎么实现的。一般不显式使用迭代器，而是使用STL函数，比如需要遍历的时候，使用for_each函数。C++11和ruby等脚本语言中使用如下方式遍历：

int scores[2] = {1, 2};
for (x : scores)
    cout << x << endl;

迭代器和容器主导权：容器需要适应迭代器的要求。

STL定义5种迭代器，层级关系如下，其中下层具备上层的所有功能，还有自己额外的功能

输入和输出是对程序来说的，对于上面的find函数，使用输入迭代器即可，含义是从容器中读取值，作为输入传给程序

1.输入迭代器

只读、单通行、只能递增。意思是，每次遍历和上一次遍历的顺序不保证一致，迭代器递增后，先前值不一定可以解引用。find可以使用输入迭代器，因为只需要一次遍历

2.输出迭代器

只写、单通行、只能递增。只写的例子是，cout到屏幕

3.正向迭代器

读写、多次同行。保证每次遍历按照相同的顺序，对正向迭代器递增后，若保存了前面的值，可以解引用，可以加const变成只读

4.双向迭代器

支持递减

5.随机访问迭代器

支持随机访问和用于元素比较的关系运算符

概念、模型、改进：对应面向对象编程中的类、对象、继承，如下：

数组和STL容器：数组不是STL容器，但是对于STL来说，迭代器是STL算法的入口，指针是迭代器，因此STL算法可以使用指针来对基于指针的非STL容器进行操作。

STL算法：所谓算法，即一系列解决问题的清晰指令，对于STL来说，find()，sort()，copy()这些函数就是算法。迭代器是STL算法入口的意思是，这些算法操作的是迭代器，也就是说只能通过迭代器才能使用这些算法

STL预定义迭代器：

1.ostream_iterator类迭代器

是输出流的迭代器，可以用于cout或者fout，格式如下：

ostream_iteratorouter(cout, "");

2.istream_iterator类迭代器

是输入流的迭代器，使用的例子如下：

copy(istream_iterator(cin), istream_iterator(),
        dice.begin());

使用cin作为构造函数参数表示使用cin管理的输入流，无参数表示读取失败，例如读取到了文件结尾或者其他问题

3.reverse_iterator类迭代器

对其递增将导致递减，不直接递减的原因是为了使用现有的STL算法，比如copy，在前两个参数的区间之间是递增的，使用如下：

copy(dice.rbegin(), dice.rend(), osteram_iterator(cout, ""));

4.back_insert_iterator，front_insert_iterator，insert_iterator

dice.begin()这样的迭代器不支持自动调整内存大小，会覆盖，这3种迭代器可以，原因是，这些插入迭代器可以使用vector类的push_back等方法，而这些方法内部有动态内存管理机制。使用时将容器类型作为模板参数，将容器对象作为构造函数入参，原因是，需要知道容器类型，这样才能调用vector::push_back等方法。如下：

dice.begin()       <===>      back_insert_iterator >back_iter(dice)

意思是，这两种都是得到一个关于dice的迭代器。注意copy是一个算法，调整容器内存是根据迭代器种类决定的，而不是copy

for_each算法格式：

#include 

void output(const int x)
{
    cout << x << endl;
}

for_each(dice.begin(), dice.end(), output);

容器概念、容器类型

7种序列容器：deque、list、queue、priority_queue、stack、vector、forward_list（C++11），序列要求元素线性排序。容器提供了一些方法应该使用，比如a[i]和a.at[i]，都是返回第i个元素，at会对i越界的情况进行检查并抛出异常

vector：动态数组，支持随机访问，动态改变大小，尾部操作O(1)时间，头部操作O(N)时间

deque：双端队列，支持随机访问，头尾操作都是O(1)

list：双链表，提供两个方法insert和splice，前者复制副本，后者将原始区间移动

forward_list：C++11中提供，单链表

queue：队列，标准的先进先出队列，是一个适配器，底层使用deque

priority_queue：优先队列，是适配器，底层使用vector，默认是最大的元素放在队首，可以自定义函数对象修改规则

stack：栈，是适配器，底层是vector

C++11中的array不是STL容器，因为长度是固定的，但是和普通数组一样，一些copy，for_each算法可以对其进行操作

关联容器：键值对，通常用树实现，有4种：set、multiset、map、multimap，set是集合，没有键和值的概念，map是键值对

无序关联容器：关联容器是排序的，使用树，查找效率不高，无序关联容器使用hash，提升查找效率，c++11提供4种无序关联容器：unordered_set，unordered_multiset，unordered_map，unordered_multimap