C++ Primer：第10章 泛型算法
C++ Primer：第10章 泛型算法
- 10.1 概述
- 10.2 初始泛型算法
- 10.2.1 只读算法（find、count、accumulate、equal）
- 10.2.2 写容器元素的算法（fill、copy、replace）
- 10.2.3 重排容器元素的算法（sort、unique）
- 10.3 定制操作
- 10.3.1 向算法传递函数
- 10.3.2 lambda表达式
- 10.3.3 lambda捕获和返回
- 10.3.4 参数绑定
- 10.4 再探迭代器
- 10.4.1 插入迭代器
- 10.4.2 流迭代器
- 10.4.3 反向迭代器
- 10.5 泛型算法结构
- 10.5.1 5类迭代器
- 10.5.2 算法形参模式
- 10.5.3 算法命名规范
- 10.6 特定容器算法
10.1 概述
- 泛型指可用于不同容器类型和元素类型，算法指实现了一些经典算法的公共接口。
- 迭代器令算法不依赖与容器，但算法依赖于元素类型的操作。
- 算法执行迭代器操作，而不会执行容器操作。算法永远不会直接改变底层容器大小。算法可能改变容器中保存的元素的值，也可能在容器内移动元素，但永远不会直接添加或删除元素
find(beg, end, val)
find_if(beg, end, unaryPred)
find_if_not(beg, end, unaryPred)
在[beg,end)内查找元素。若找到，返回一个迭代器，指向第1个满足条件的元素。若未找到，返回end。
count(beg, end, val)
count_if(beg, end, unaryPred)
统计[beg,end)内满足条件的元素的个数。返回一个计数器。
10.2 初始泛型算法
10.2.1 只读算法（find、count、accumulate、equal）
- 只读算法只会读取其输入范围内的元素，而从不改变元素。
- 对于只读算法，最好使用cbegin()和cend()。
accumulate(beg, end, init)
accumulate(beg, end, init, binaryPred)
计算[beg,end)内所有值的和。和的初值从init指定的值开始。返回类型与init的类型相同。
equal(beg1, end1, beg2)
equal(beg1, end1, beg2, binaryPred)
判断[beg1,end1)与从beg2开始的序列是否相等。若[beg1,end1)中每个元素都与从beg2开始的序列中对应的元素相等，则返回true。
10.2.2 写容器元素的算法（fill、copy、replace）
- 此类算法需确保输出序列中的元素个数不小于写入的元素个数。
- 算法不检查写操作，注意目标容器不能为空。
- 插入迭代器可以新建元素并赋值，可保证算法有足够元素空间来容纳输出数据。
fill(beg, end, val)
fill_n(dest, cnt, val)
将val赋值给输入序列。返回一个迭代器，指向输出序列中写入的最后一个元素之后的位置。
copy(beg, end, dest)
copy_if(beg, end, dest, unaryPred)
copy_n(beg, n, dest)
将输入序列拷贝到输出序列。返回一个迭代器，指向输出序列中拷贝的最后一个元素之后的位置。
replace(beg, end, old_val, new_val)
replace_if(beg, end, unaryPred, new_val)
将[beg,end)中满足条件的元素替换为new_val。返回void。
replace_copy(beg, end, dest, old_val, new_val)
replace_copy_if(beg, end, dest, unaryPred, new_val)
将[beg,end)中的元素拷贝到从dest开始的输出序列，并将满足条件的元素替换为new_val。返回一个迭代器，指向输出序列中拷贝的最后一个元素之后的位置。
10.2.3 重排容器元素的算法（sort、unique）
- 标准库算法对迭代器进行操作，而非对容器进行操作。故算法不能直接添加或删除元素。
sort(beg, end)
sort(beg, end, comp)
对[beg,end)中的元素进行排序。返回void。
unique(beg, end)
unique(beg, end, binaryPred)
unique_copy(beg, end, dest)
unique_copy(beg, end, dest, binaryPred)
重排序列，通过覆盖实现“删除”相邻的重复元素。返回一个迭代器，指向不重复元素的尾后位置。
10.3 定制操作
10.3.1 向算法传递函数
- 谓词包括一元谓词和二元谓词，它是一个可调用的表达式，其返回结果是一个能用作条件的值。
- 算法若接受谓词作为参数，元素类型必须能够转换为谓词的参数类型。
stable_sort(beg, end)
stable_sort(beg, end, comp)
对[beg,end)中的元素进行排序。稳定排序算法，维持相等元素的原有顺序。返回void。
partition(beg, end, unaryPred)
使用unaryPred划分[beg,end)中的元素。返回一个迭代器，指向最后一个满足unaryPred的元素之后的位置。若所有元素都不满足unaryPred，返回beg。
10.3.2 lambda表达式
- 可调用对象：可使用调用运算符的对象或表达式。
- 可调用对象包括函数、函数指针、重载了调用运算符的类、lambda表达式。
- lambda表达式表示一个可调用的代码单元，可理解为一个未命名的内联函数。
- lambda可以在函数内定义，必须使用尾置返回，不能有默认参数。
- lambda有捕获列表、参数列表、返回类型、函数体组成，其中参数列表和返回类型可省略，但必须包含捕获列表和函数体。
[capture list] (parameter list) ->return type {function body}
- 当忽略返回类型，若函数体内只有一个return语句，则返回类型从返回的表达式的类型推断出来，若还含有其它语句，则返回类型是void。
- 捕获列表只用于局部非static变量，lambda可以直接使用局部static 变量和在它所在函数之外声明的名字。
for_each(beg, end, unaryOp)
对输入序列中的每个元素应用可调用对象unaryOp。
stable_partition(beg, end, unaryPred)
使用unaryPred划分[beg,end)中的元素。返回一个迭代器，指向最后一个满足unaryPred的元素之后的位置。若所有元素都不满足unaryPred，返回beg。保持满足unaryPred的元素的相对位置。
10.3.3 lambda捕获和返回
- 当向一个函数传递一个lambda时，同时定义了一个新类型和该类型的一个对象：传递的参数就是此编译器生成的类类型的未命名对象。
- 值捕获（前提是变量可以拷贝）。参数的值是调用时拷贝，而被捕获的变量的值是在lambda创建时拷贝。
- 引用捕获。当捕获一个指针，迭代器，或采用引用捕获方式，必须确保在lambda 执行时，绑定到迭代器、指针或引用的对象仍然存在，并且需要保证对象具有预期的值。
- 尽量减少捕获的数据量，避免捕获指针或引用。
- 隐式捕获。隐式捕获与显式捕获混用时，捕获列表第一个元素必须是&或=，且对于之后显式捕获的参数，其捕获方式必须隐式捕获的方式不同。
- 默认情况下，捕获列表中值捕获的变量在lambda函数体内不可修改，若想修改，必须在参数列表后加上关键字mutable。对于引用捕获的变量，若它绑定的是const，则不可修改，反之可以修改。
transform(beg, end, dest, unaryOp)
transform(beg1, end1, beg2, dest, binaryOp)
调用特定操作Op，将结果写入输出序列。返回一个迭代器，指向输出序列最后一个变换的元素。输入序列与输出序列可相同。
10.3.4 参数绑定
- 若只在一两个地方进行简单操作，则使用lambda表达式；若在很多地方使用相同的操作，或者操作复杂需要多条语句完成，则使用函数。
- 若lambda捕获列表为空，通常可直接用函数替代；若捕获列表不为空，则用bind接受多的捕获变量。
- bind可看作一个通用的函数适配器，它可接受一个可调用对象，生成一个新的可调用对象来“适应”原对象的参数列表。
auto newCallable = bind(callable, arg_list)
- arg_list中的_n定义在std::placeholders。
- 默认情况下，arg_list中的不是_n的参数被拷贝到bind返回的可调用对象中。故对于不可拷贝的参数，使用ref或cref来完成拷贝。
10.4 再探迭代器
| 迭代器 | 描述 |
|---|---|
| 插入迭代器 | 被绑定到一个容器上，用于向容器插入元素 |
| 流迭代器 | 被绑定到输入流或输出流上，用来遍历绑定的IO流 |
| 反向迭代器 | 迭代器反向移动，forward_list除外 |
| 移动迭代器 | 移动元素 |
10.4.1 插入迭代器
// 插入迭代器操作
it = t
*it, ++it, it++
- 插入器类型：back_inserter(c )、front_inserter(c )、inserter(c, iter)。
- 只有当容器支持push_back，才能使用back_inserter；只有当容器支持front_inserter，才能使用front_inserter。
- 使用front_inserter时，元素总是插入到容器第一个元素之前。故front_inserter会颠倒插入的元素序列，而back_inserter和inserter不会。
10.4.2 流迭代器
- istream_iterator从输入流读取数据，ostream_iterator向输出流写入数据。
- istream_iterator允许懒惰求值：当istream_iterator被绑定到一个流上时，标准库并不保证迭代器立即从流读取数据，使用istream_iterator时才会真正读取。
- 当istream_iterator未使用便销毁，或者从两个不同的对象同步读取同一个流，需注意何时读取数据。
// istream_iterator操作
istream_iterator in(is);
istream_iterator end;
in1==in2, in1!=in2
*in
in->num
++in, in++
- ostream_iterator必须绑定流，不允许空或表示尾后位置的ostream_iterator。
// ostream_iterator操作
ostream_iterator out(os);
ostream_iterator out(os, d);
out=val
*out, ++out, out++
- 只有类定义输入运算符（>>）便可创建istream_iterator；只有类定义输出运算符（<<）便可创建ostream_iterator。
10.4.3 反向迭代器
- 反向迭代器即容器中从尾元素向首元素反向移动的迭代器。
- forward_list不支持递减。不能在流上反向移动。故不可能在一个forward_list和流上创建反向迭代器。
- reverse_iterator的base可将反向迭代器转换成普通迭代器，转换前后的两个迭代器指向相邻元素。
10.5 泛型算法结构
| 迭代器类别 | 描述 |
|---|---|
| 输入迭代器 | 只读不写，单遍扫描，只能递增 |
| 输出迭代器 | 只写不读，单遍扫描，只能递增 |
| 前向迭代器 | 可读可写，多遍扫描，只能递增 |
| 双向迭代器 | 可读可写，多遍扫描，递增递减 |
| 随机访问迭代器 | 可读可写，多遍扫描，支持全部迭代器运算 |
10.5.1 5类迭代器
- istream_iterator是输入迭代器。要求输入迭代器的算法：find和accumulate。
// 输入迭代器支持的操作
==, !=
++
* //只出现在赋值语句右侧
->
- ostream_iterator是输出迭代器。要求输出迭代器的算法：copy。
// 输出迭代器支持的操作
++
* //只出现在赋值语句左侧
- forward_list上的迭代器是前向迭代器。要求前向迭代器的算法：replace。
// 前向迭代器支持的操作
==, !=
++
*
->
- 除forward_list外，其它容器上的迭代器都是双向迭代器。要求双向迭代器的算法：reverse。
// 双向迭代器支持的操作
==, !=
++, --
*
->
iter[n]
- vector、string、deque、array和内置数组上的迭代器都是随机访问迭代器。要求随机访问迭代器的算法：sort。
10.5.2 算法形参模式
alg(beg, end, args);
alg(beg, end, dest, args); // 假定目标空间足够容纳写入数据，或者dest被绑定到插入迭代器
alg(beg1, end1, beg2, args);// 假定从beg2开始的范围比[beg1, end1)至少一样大
alg(beg1, end1, beg2, end2, args);
10.5.3 算法命名规范
- 一些算法使用重载形式传递一个谓词
unique(beq, end) // 使用==比较元素
unique(beq, end, comp) // 使用comp比较元素
- _if版本的算法
find(beq, end, val) // 通过==找到值为val的元素
find_if(beq, end, pred) // 通过pred找到第一个满足条件的元素
- 区分拷贝元素与不拷贝元素的版本
reverse(beq, end) // 颠倒[beg, end)
reverse_copy(beq, end, dest) // 将[beg, end)逆序拷贝到dest
10.6 特定容器算法
- list提供双向迭代器，forward_list提供前向迭代器。
- 链表交换元素时，是改变元素间链接，而非交换元素值。
- 链表版本的算法会改变底层容器。remove删除指定元素，unique删除重复元素，merge和splice会删除给定链表中对应的元素。
| list和forward_list成员函数版本的算法 | 描述 |
|---|---|
| lst.reverse() | 颠倒lst中元素的顺序，返回void |
| lst.sort() lst.sort(comp) |
对lst中的元素排序，返回void |
| lst.remove(val) lst.remove_if(pred) |
调用erase删除满足条件的元素，返回void |
| lst.unique() lst.unique(pred) |
调用erase删除重复的元素，返回void |
| lst1.merge(lst2) lst1.merge(lst2, comp) |
将lst2合并到lst1，返回void |
| list和forward_list中splice的参数 | 描述 |
|---|---|
| lst1.splice(p1, lst2) lst1.splice(p1, lst2, p2) lst1.splice(p1, lst2, b2, e2) |
将lst2的所有元素移动到lst1中p1之前的位置 将lst2中p2指向的元素移动到lst1中p1之前的位置 将lst2中[b2, e2)内的元素移动到lst1中p1之前的位置 |
| flst1.splice_after(p1, flst2) flst1.splice_after(p1, flst2, p2) flst1.splice_after(p1, flst2, b2, e2) |
将flst2的所有元素移动到flst1中p1之后的位置 将flst2中p2之后的一个元素移动到flst1中p1之后的位置 将flst2中[b2, e2)内的元素移动到flst1中p1之后的位置 |