STL运用的C++技术（4）——重载函数
STL是C++标准库的重要组成部分之一，它不仅是一个可复用的组件库，更是一个包含算法与数据结构的软件框架，同时也是C++泛型编程的很好例子。STL中运用了许多C++的高级技术。本文介绍重载函数。主要参考了《C++ Primer》和《STL源码剖析》。
有人会问，STL大量运用了模板，哪里用过重载函数呢？首先介绍重载函数的概念。出现在相同作用域中的两个函数，如果具有相同的名字而形参表不同，则称为重载函数（overloaded function）。这是《C++ Primer》上对于重载函数的定义。在STL中，提到重载函数，必须先介绍一下迭代器。两者貌似扯不上什么关系，慢慢道来。我们知道STL的迭代器有五个特性，分别是value_type、pointer、 reference、 difference_type以及iterator_category。其中value_type已在前面两篇文章中介绍，表示迭代器所指的数据类型。本文来介绍一下iterator_category。
iterator_category表示迭代器的分类，共有五类。input_iterator、output_iterator、forward_iterator、bidirectional_iterator、random_access_iterator，分别是只读、只写、前向移动读写、双向移动读写、随机读写。任何一种迭代器，都属于其中的一种分类。比如单链表的迭代器属于forward_iterator，链表的迭代器属于 bidirectional_iterator，而双端队列的迭代器属于random_access_iterator。下面给出了代码示例，整理了一下。
template
struct Slist_iterator //单链表
{
typedef T value_type; //迭代器所指数据类型
typedef ptrdiff_t difference_type; //两个迭代器间的距离
typedef Ptr pointer; //迭代器所指的数据，不允许改变，即可以当右值
typedef Ref reference; //迭代器所指的数据，允许改变，即可以当左值
typedef forward_iterator_tag iterator_category; //前向移动
...
};
template
struct List_iterator //双向链表
{
typedef ptrdiff_t difference_type;
typedef T value_type;
typedef Ptr pointer;
typedef Ref reference;
typedef bidirectional_iterator_tag iterator_category; //双向
...
};
template
struct Deque_iterator //双端队列
{
typedef T value_type;
typedef ptrdiff_t difference_type;
typedef Ptr pointer;
typedef Ref reference;
typedef random_access_iterator_tag iterator_category; //随机
...
}; 说了这么多，与重载函数有什么关系呢？再给出一个函数就清楚了，这个函数就是advance函数，它用来移动迭代器。下面是该函数的定义，摘自HP的STL源码，做了修改。不难看出，外部的接口是advance函数，内部用了三个重载函数，这些函数的第三形参非常有意思，只是一个类型，没有变量名。这个形参仅仅s是用来激活重载，很神奇吧，强大的C++啊。
这里进行函数的重载，应该是考虑到效率。对于双端队列，它的迭代器支持随机读写，那么调用第三个函数显然比调用第一个函数有效率。显然，这种效率的提升，与迭代器的移动能力息息相关。STL中的部分函数采用了这种策略，比如distance函数，为的是提高效率。
template
inline void advance(InputIterator& i, Distance n)
{
_advance(i, n, iterator_category(i));
}
template
inline void _advance(InputIterator& i, Distance n, input_iterator_tag) //第一个函数
{
while (n--) ++i;
}
template
inline void _advance(BidirectionalIterator& i, Distance n, bidirectional_iterator_tag) //第二个函数
{
if (n >= 0)
while (n--) ++i;
else
while (n++) --i;
}
template
inline void _advance(RandomAccessIterator& i, Distance n, random_access_iterator_tag) //第三个函数
{
i += n;
} 到此，STL中重载函数的运用介绍的差不多了，不过有两个疑问。（1）_advance函数提供了三个重载版本，为什么没有定义inline void _advance (InputIterator& i, Distance n, forward_iterator_tag) 这个函数呢？（2）如何获取迭代器的类型呢？即上面的iterator_category(i)调用如何实现的。
对于第一个疑问，我们知道单链表的迭代器类型是forward_iterator，_advance貌似没有可选的函数以供调用。其实这与STL中迭代器的分类有关。下面是迭代器分类的关系表示，通过为迭代器设计标签类实现。_advance函数正是通过这些标签类激活重载的。代码如下：
//迭代器各类间的关系
struct input_iterator_tag {};
struct output_iterator_tag {};
struct forward_iterator_tag : public input_iterator_tag {};
struct bidirectional_iterator_tag : public forward_iterator_tag {};
struct random_access_iterator_tag : public bidirectional_iterator_tag {};从上面定义的关系，我们发现forward_iterator_tag继承自Input_iterator_tag，因此对于forward_iterator类的迭代器，其标签为forward_iterator_tag，通过向上的转换，就可以调用标签为Input_iterator_tag的那个重载版本。可以写个程序来验证一下。
#include
using namespace std;
//迭代器分类，首字符大写，与标准库区分一下
struct Input_iterator_tag {};
struct Output_iterator_tag {};
struct Forward_iterator_tag : public Input_iterator_tag {};
struct Bidirectional_iterator_tag : public Forward_iterator_tag {};
struct Random_access_iterator_tag : public Bidirectional_iterator_tag {};
template
void foo(I& i, Input_iterator_tag)
{
cout<<"Input_iterator_tag version"<
void foo(I& i, Bidirectional_iterator_tag)
{
cout<<"Bidirectional_iterator_tag version"<
void foo(I& i, Random_access_iterator_tag)
{
cout<<"Random_access_iterator_tag version"< 对于第二个疑问，好像遇到过，是在介绍模板特化中提到的。用了内嵌型别、模板特化的技术。STL还是运用这些技术解决这个问题的。扩展之前的萃取剂就可以了。下面给出了萃取剂新的定义，同时给出了测试用例，已在VS2008下测试通过。
至于内嵌型别及模板特化的具体介绍，详见STL运用的C++技术（2）——模板特化
#include
#include
#include
#include
using namespace std;
//萃取剂
template
struct Iterator_traits{
typedef typename I::value_type value_type;
typedef typename I::iterator_category iterator_category; //迭代器的类型
};
//特化 原生指针
template
struct Iterator_traits{
typedef T value_type;
typedef random_access_iterator_tag iterator_category;
};
//特化 原生常指针
template
struct Iterator_traits{
typedef T value_type;
typedef random_access_iterator_tag iterator_category;
};
#define VALUE_TYPE(I) Iterator_traits::value_type()
#define ITERATOR_CATEGORY(I) Iterator_traits::iterator_category()
//自定义的advance函数，与STL差不多
template
inline void MyAdvance(InputIterator &i, Distance n)
{
_MyAdvance(i, n, ITERATOR_CATEGORY(InputIterator)); //萃取迭代器的类型
}
template
inline void _MyAdvance(InputIterator& i, Distance n, input_iterator_tag)
{
while (n--) ++i;
cout<<"InputIterator"<
inline void _MyAdvance(BidirectionalIterator& i, Distance n, bidirectional_iterator_tag)
{
if (n >= 0)
while (n--) ++i;
else
while (n++) --i;
cout<<"BidirectionalIterator"<
inline void _MyAdvance(RandomAccessIterator& i, Distance n, random_access_iterator_tag)
{
i += n;
cout<<"RandomAccessIterator"< v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
list l;
l.push_back(1);
l.push_back(2);
deque d;
d.push_back(1);
d.push_back(2);
vector::iterator iter1 = v.begin();
list::iterator iter2 = l.begin();
deque::iterator iter3 = d.begin();
MyAdvance(iter1, 1); //vector的迭代器是原生指针，因此是RandomAccessIterator
MyAdvance(iter2, 1); //链表的迭代器是双向的，因此是BidirectionalIterator
MyAdvance(iter3, 1); //双端队列支持随机读写，因此是RandomAccessIterator
return 0;
}