三十分钟掌握 STL

三十分钟掌握 STL

这篇文章是我从北大BBS上转来的，因为BBS上的格式很乱，就自己用Markdown重新写了一遍，一来加深记忆，二来作为个人收藏，如果你觉得很有用，那就足够了。以下为正文。

这是本小人书。原名是《Using STL》，不知道是谁写的。不过我倒觉得很有趣，所以花了两个晚上把它翻译出来。我没有对翻译出的内容校验过。如果你没法在三十分钟内觉得有所收获，那么赶紧扔了它。文中我省略了很多东西。心疼呐！浪费我两个晚上。

译者：kary
contact: [email protected]

STL 概述

STL 的一个重要特点是数据结构和算法的分离。尽管这是个简单的概念，但这种分离确实使得STL变得非常通用。例如，由于STL的sort()函数是完全通用的，你可以用它来操作几乎任何数据集合，包括链表，容器和数组。

要点

STL算法作为模板函数提供。

为了和其他组件相区别，在本书中STL算法用后接一对圆括弧的方式表示，例如sort()。

STL另一个重要特性是它不是面向对象的。为了具有足够通用性，STL主要依赖于模板而不是封装、继承和虚函数（多态性）—— OOP的三个要素。你在STL中找不到任何明显的类继承关系。这好像是一种倒退，但这正好是使得STL的组件具有广泛通用性的底层特征。另外，由于STL是基于模板，内联函数的使用使得生成的代码短小高效。

提示

确保在编译使用了STL的程序中至少要使用 -O 优化来保证内联扩展。STL提供大量的模板类和函数，可以在OOP和常规编程中使用。所有的STL的大约50个算法都是完全通用的，而且不依赖于任何特定的数据类型。

下面的小节说明了三个基本的STL组件：

1. 迭代器提供了访问容器中对象的方法。例如，可以使用一对迭代器指定list或vector中的一定范围的对象。迭代器就如同一个指针。事实上，C++的指针也是一种迭代器。但是，迭代器也可以是那些定义了operator*()以及其他类似于指针的操作符的方法的类对象。

2. 容器是一种数据结构，如list，vector和deques，以模板类的方法提供。为了访问容器中的数据，可以使用由容器类输出的迭代器。

3. 算法是用来操作容器中的数据的模板函数。例如，STL用sort()来对一个vector中的数据进行排序，用find()来搜索一个list中的对象。函数本身与他们操作的数据的结构和类型无关，因此他们可以在从简单数组到高度复杂容器的任何数据结构上使用。

头文件

为了避免和其他头文件冲突，STL的头文件不再使用常规的.h扩展。为了包含标准的string类，迭代器和算法，用下面的指示符：

#include <string>
#include <iterator>
#include <algorithm>

如果你查看STL的头文件，你可以看到像iterator.h和stl_iterator.h这样的头文件。由于这些名字在各种STL实现之间都可能不同，你应该避免使用这些名字来引用这些头文件。为了确保可移植性，使用相应的没有.h后缀的文件名。表1列出了最常使用的各种容器类的头文件。该表并不完整，对于其他头文件，我将在本章和后面的两章中介绍。

表1 STL头文件和容器类

include	Container Class
<deque>	deque
<list>	list
<map>	map, multimap
<queue>	queue, priority_queue
<set>	set, multiset
<stack>	stack
<vector>	vector, vector<bool>

名字空间

你的编译器可能不能识别名字空间。名字空间就好像一个信封，将标志符封装在另一个名字中。标志符只在名字空间中存在，因而避免了和其他标志符冲突。例如，可能有其他库和程序模块定义了sort()函数，为了避免和STL的sort()冲突，STL的sort()算法编译为std::sort()，从而避免了名字冲突。

尽管你的编译器可能没有实现名字空间，你仍然可以使用他们。为了使用STL，可以将下面的指示符插入到你的源代码文件中，典型的是在所有的#include指示符的后面：

using namespace std;

迭代器

迭代器提供对一个容器中的对象的访问方法，并且定义了容器中对象的范围。迭代器就如同一个指针。事实上，C++的指针也是一种迭代器。但是，迭代器不仅仅是指针，因此你不能认为他们一定具有地址值。例如，一个数组索引，也可以认为是一种迭代器。

迭代器有各种不同的创建方法。程序可能把迭代器作为一个变量创建。一个STL容器类可能为了使用一个特定类型的数据而创建一个迭代器。作为指针，必须能够使用*操作符获取数据。你还可以使用其他数学操作符如++。典型的，++操作符用来递增迭代器，以访问容器中的下一个对象。如果迭代器到达了容器中的最后一个元素的后面，则迭代器变成past-the-end值。使用一个past-the-end值的指针来访问对象是非法的，就好像使用NULL或未初始化的指针一样。

提示

STL不保证可以从另一个迭代器来抵达一个迭代器。例如，当对一个集合中的对象排序时，如果你在不同的结构中指定了两个迭代器，第二个迭代器无法从第一个迭代器抵达，此时程序注定要失败。这是STL灵活性的一个代价。STL不保证检测毫无道理的错误。

迭代器的类型

对于STL数据结构和算法，你可以使用五种迭代器。下面简要说明了这五种类型：

• Input iterators 提供对数据的只读访问。
• Output iterators 提供对数据的只写访问。
• Forward iterators 提供读写操作，并能向前推进迭代器
• Bidirectional iterators 提供读写操作，并能向前和向后操作。
• Random access iterators 提供读写操作，并能在数据中随机移动。

尽管各种不同的STL实现细节方面有所不同，还是可以将上面的迭代器想像为一种类继承关系。从这个意义上说我，下面的迭代器继承自上面的迭代器。由于这种继承关系，你可以将一个Forward迭代器作为一个output或input迭代器使用。同样，如果一个算法要求是一个bidirectional迭代器，那么只能使用该种类型和随机访问迭代器。

指针迭代器

正如下面的小程序显示的，一个指针也是一种迭代器。该程序同样显示了STL的一个主要特征——它不只是能够用于它自己的类类型，而且也能用于任何C或C++类型。iterdemo.cpp显示了如何把指针作为迭代器用于STL的find()算法来搜索普通的数组。

iterdemo.cpp

#include <iostream>
#include <algorithm>

using namespace std;

#define SIZE 100
int iarray[SIZE];

int main()
{
    iarray[20] = 50;

    int *ip = find(iarray, iarray + SIZE, 50);

    if(ip == iarray + SIZE)
        cout<<"50 not found in array"<<endl;
    else
        cout<<*ip<<" found in array"<<endl;

    return 0;
}

在引用了I/O流库和STL算法头文件（注意没有.h后缀），该程序告诉编译器使用std名字空间。

程序中定义了尺寸为SIZE的全局变量，所以运行时数组自动初始化为零。下面的语句将在索引20位置处的元素设置为50，并使用find()算法来搜索值50:

iarray[20] = 50;
int *ip = find(iarray, iarray + SIZE, 50);

find()函数接受三个参数。头两个定义了搜索的范围。由于C和C++数组等同于指针，表达式iarray指向数组的第一个元素。而第二个参数iarray+SIZE等同于past-the-end值，也就是数组中最后一个元素的后面位置。第三个参数是待定位置，也就是50.

find()函数返回和前两个参数相同类型的迭代器，这儿是一个指向整数的指针ip。

提示

必须记住STL使用模板。因此，STL函数自动根据它们使用数据类型来构造。

为了判断find()是否成功，例子中测试ip和past-the-end值是否相等:

if(ip == iarray + SIZE) ...

如果表达式为真，则表示在搜索范围内没有指定的值。否则就是指向一个合法对象的指针，这时可以用下面的语句显示：

cout<<*ip<<" found in array"<<endl;

测试函数返回值和NULL是否相等是不正确的。不要像下面这样使用：

int *ip = find(iarray, iarray + SIZE, 50);
if(ip != NULL) ...//incorrect

当使用STL函数时，只能测试ip是否和past-the-end值相等。尽管在本例中ip是一个C++指针，其用法也必须符合STL迭代器的原则。

容器迭代器

尽管C++指针也是迭代器，但用的更多的是容器迭代器。容器迭代器用法和iterdemo.cpp一样，但和将迭代器声明为指针变量不同的是，你可以使用容器类方法来获取迭代器对象。

两个典型的容器类方法是begin()和end()。它们在大多数容器中表示整个容器范围。其他一些容器还使用rbegin()和rend()方法提供反向迭代器，以按反向顺序指定对象范围。

下面的程序创建了一个矢量容器（STL中和数组等价的对象），使用迭代器在其中搜索。该程序和前一章中的程序相同。

vectdemo.cpp

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>

using namespace std;

vector<int> intVector(100);

void main()
{
    intVector[20] = 50;
    vector<int>::iterator intIter = find(intVector.begin(), intVector.end(), 50);

    if(intIter != intVector.end())
        cout<<"Vector contains value "<<*intIter<<endl;
    else
        cout<<"Vector does not contain 50"<<endl;
}

注意用下面的方法显示搜索到的数据：

cout<<"Vector contains value "<<*intIter<<endl;

常量迭代器

和指针一样，你可以给一个迭代器赋值。例如，首先声明一个迭代器：

vector<int>::iterator first;

该语句创建了一个vector<int>类的迭代器。下面的语句将该迭代器设置到intVector的第一个对象，并将它指向的对象值设置为123:

first = intVector.begin();
*first = 123;

这种赋值对于大多数容器类都是允许的，除了只读变量。为了防止错误赋值，可以声明迭代器为：

vector<int>:: const_iterator result;
result = find(intVector.begin(), intVector.end(), value);
if(result != intVector.end())
    *result = 123; //发生错误，不能给常量赋值

警告

另一种防止数据被改变的方法是将容器声明为const类型.

使用迭代器编程

你已经见到了迭代器的一些例子，现在我们将关注每种特定的迭代器如何使用。由于使用迭代器需要关于STL容器类和算法的知识，在阅读了后面的两章后你可能需要重新复习一下本章内容。

输入迭代器

输入迭代器是最普通的类型。输入迭代器至少能够使用==和!=测试是否相等;使用*来访问数据；使用++操作来递推迭代器到下一个元素或到达past-the-end值。

为了理解迭代器以及STL函数是如何使用它们的，现在来看一下find()模板函数的定义:

template <class InputIterator, class T>
InputIterator find(InputIterator first, InputIterator last, const T& value)
{
    while(first != last && *first != value)
        ++first;
 return first;
}

注意

在find()算法中，注意如果first和last指向不同的容器，该算法可能陷入死循环。

输出迭代器

输出迭代器缺省只写，通常用于将数据从一个位置拷贝到另一个位置。由于输出迭代器无法读取对象，因些你不会在任何搜索和其他算法中使用它。要想读取一个拷贝的值，必须使用另一个输入迭代器（或它的继承迭代器）。

outIter.cpp

#include <iostream>
#include <algorithm> //need copy()
#include <vector> //need vector

using namespace std;

double darray[10] = { 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9 };

vector<double> vdouble(10);

int main()
{
    vector<double>:: iterator outputIterator = vdouble.begin();
    copy(darray, darray + 10, outputIterator);
    while(outputIterator != vdouble.end())
    {
        cout<<*outputIterator<<endl;
        outputIterator++;
    }
    return 0;
}

注意

当使用copy()算法的时候，你必须确保目标容器有足够大的空间，或者容器本身是自动扩展的。

前推迭代器

前推迭代器能够读写数据值，并能够向前推进到下一个值。但是没法递减。replace()算法显示了前推迭代器的使用方法。

template <class ForwardIterator, class T>
void replace(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& old_value, const T& new_value);

使用

replace()将[first, last]范围内的所有值为old_value的对象替换为new_value：

replace(vdouble.begin(),vdouble.end(),1.5,3.1415926);

双向迭代器

双向迭代器要求能够增减。如reverse()算法要求两个双向迭代器作为参数：

template <class BidirectionalIterator>
void reverse(BidirectionalIterator first, BidirectionalIterator last);

使用

reverse()函数来对容器进行逆向排序：

reverse(vdoule.begin(), vdouble.end());

随机访问迭代器

随机访问迭代器能够以任意顺序访问数据，并能用于读写数据（不是const的C++指针也是随机访问迭代器）。STL的排序和搜索函数使用随机访问迭代器。随机访问迭代器可以使用关系操作符作比较。

random_shuffle()

函数随机打乱原先的顺序声明为：

template <class RandomAccessIterator>
void random_shuffle(RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last);

使用方法

random_shuffle(vdouble.begin(), vdouble.end());

迭代器技术

要学会使用迭代器和容器以及算法，需要学习下面的新技术。

流和迭代器

本书的很多例子程序使用I/O流语句来读写数据。例如：

int value;
cout<<"Enter value:";
cin>>value;
cout<<"You entered "<<value<<endl;

对于迭代器，有另一种方法使用流和标准函数。理解的要点是将输入/输出流作为
容器看待。因此，任何接受迭代器参数的算法都可以和流一起工作。

outStrm.cpp

#include <iostream>
#include <stdlib.h> // need rand(), srand()
#include <time.h> //need time()
#include <algorithm> //need sort(),copy()
#include <vector> //need vector
#include <iterator>

using namespace std;

void Display(vector<int>& v, const char *s);

int main()
{
    srand(time(NULL));
    vector<int> collection(10);
    for(int i = 0; i < 10; i++)
        collection[i]=rand()%10000;
    Display(collection, "Before sorting");
    sort(collection.begin(), collection.end());
    Display(collection, "After sorting");
    return 0;
}

void Display(vector<int>& v, const char *s)
{
    cout<<endl<<s<<endl;
    copy(v.begin(), v.end(), ostream_iterator<int>(cout, "\t"));
    cout<<endl;
}

函数Display()显示了如何使用一个输出流迭代器。下面的语句将容器中的值传输到cout输出流对象中：

copy(v.begin(), v.end(), ostream_iterator<int>(cout, "\t"));

第三个参数实例化了ostream_iterator<int>类型，并将它作为copy()函数的输出目标迭代器对象。”\t”字符串是作为分隔符。运行结果：

$ g++ outstrm.cpp
$ ./a.out

Before sorting
7136    8210    8265    5185    519     2906    2032    2273    101     4642

After sorting
101     519     2032    2273    2906    4642    5185    7136    8210    8265

这是STL神奇的一面。为定义输出流迭代器，STL提供了模板类ostream_iterator。这个类的构造函数有两个参数：一个ostream对象和一个string值。因此可以象下面一样简单地创建一个迭代器对象：

ostream_iterator<int>(cout, "\n")

该迭代器可以和任何接受一个输出迭代器的函数一起使用。

插入迭代器

插入迭代器用于将值插入到容器中。它们也叫适配器，因为它们将容器适配或转化为一个迭代器，并用于copy()这样的算法中。例如，一个程序定义了一个链表和一个矢量容器：

list<double> dList;
vector<double> dVector;

通过使用front_inserter迭代器对象，可以只用单个copy()语句就完成将矢量中的对象插入到链表前端的操作：

copy(dVector.begin(), dVector.end(), front_inserter(dList));

三种插入迭代器如下：

• 普通插入迭代器将对象插入到容器指定对象的前面
• Front inserters将对象插入到数据集的前面——例如，链表表头。
• Back inserters将对象插入到集合的尾部——例如，矢量的尾部，导致矢量容器扩展。

使用插入迭代器可能导致容器中的其他对象移动位置，因而使得现存的迭代器非法。例如，将一个对象插入到矢量容器将导致其他值移动位置以腾出空间。一般来说，插入到像链表这样的结构中更为有效，因为它们不会导致其他对象移动。

insert.cpp

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <list>
#include <iterator>

using namespace std;

int iArray[5] = {1,2,3,4,5};
void Display(list<int>& v, const char *s);

int main()
{
    list<int> iList;
    copy(iArray, iArray+5, front_inserter(iList));
    Display(iList, "Before find and copy");
    list<int>::iterator p = find(iList.begin(), iList.end(), 3);
    copy(iArray, iArray + 2, inserter(iList,p));
    Display(iList, "After find and copy");
    return 0;
}
void Display(list<int>& v, const char *s)
{
    cout<<s<<endl;
    copy(v.begin(), v.end(), ostream_iterator<int>(cout, " "));
    cout<<endl;
}

运行结果如下：

$ g++ insert.cpp $ ./a.out Before find and copy 5 4 3 2 1 After find and copy 5 4 1 2 3 2 1

可以将front_inserter替换为back_inserter试试。

如果用find()去查找在列表中不存在的值，例如99。由于这时p将被设置为past-the-end值，最后的copy()函数将iArray的值附加到链表的后部。

混合迭代器函数

在涉及到容器和算法的操作中，还有两个迭代器函数非常有用：

• advance() 按指定的数目增减迭代器
• distance() 返回到达一个迭代器所需（递增）操作的数目。

例如：

list<int> iList;
list<int>::iterator p = find(iList.begin(), iList.end(),2);
cout<<"before: p == "<<*p <<endl;
advance(p,2);
cout<<"after: p == "<<*p<<endl;
int k = 0;
//linux下应该写为 k=distance(p,iList.end());
distance(p, iList.end(),k);
cout<<"k == "<<k <<endl;

advance()函数接受两个参数。第二个参数是向前推进的数目。对于前推迭代器，该值必须为正，而对于双向迭代器和随机访问迭代器，该值可以为负。

使用distance()函数返回到达另一个迭代器所需要的步数。

注意

distance()函数是迭代的，也就是说，它递增第三个参数。因此，你必须初始化参数。未初始化该参数几乎注定要失败。

在linux下的distance函数和在windows下的参数形式不同，注意！

函数和函数对象

STL中，函数被称为算法，也就是说它们和标准C库函数相比，它们更为通用。STL算法通过重载operator()函数实现为模板类或模板函数。这些类用于创建函数对象，对容器中的数据进行各种各样的操作。下面的几节解释如何使用函数和函数对象。

函数和断言

经常需要对容器中的数据进行用户自定义的操作。例如，你可能希望遍历一个容器中所有对象的STL算法能够回调自己的函数。例如：

#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <vector>
#include <algorithm>

using namespace std;

#define VSIZE 24
vector<long> v(VSIZE);

void initialize(long &ri);
void show(const long &ri);
bool isMinus(const long &ri);

int main()
{
    srand(time(NULL));
    for_each(v.begin(), v.end(), initialize);
    cout<<"Vector of signed long integers"<<endl;
    for_each(v. begin(), v.end(), show);
    cout<<endl;

    int count = 0;
    vector<long>::iterator p;
    p = find_if(v.begin(), v.end(), isMinus);
    while(p != v.end())
    {
        count++;
        p = find_if(p+1, v.end(), isMinus);
    }
    cout<<"Number of values:"<<VSIZE<<endl;
    cout<<"Negative values:"<<count<<endl;
    return 0;
}
void initialize(long &ri)
{
    ri = (rand() - (RAND_MAX/2));
}
void show(const long &ri)
{
    cout<<ri<<" ";
}
bool isMinus(const long &ri)
{
    return (ri<0);
}

所谓断言函数，就是返回bool值的函数。

函数对象

除了给STL算法传递一个回调函数，你还可能需要传递一个类对象以便执行更复杂的操作。这样一个对象就叫做函数对象。实际上函数对象就是一个类，但它和回调函数一样可以被回调。例如，在函数对象每次被for_each()或find_if()函数调用时可以保留统计信息。函数对象是通过重载operator()()实现的。如果TanyClass定义了operator()()，那么就可以这么使用：

TanyClass object;
object();
for_each(v.begin(), v.end(), object);

STL定义了几个函数对象。由于它们是模板，所以能够用于任何类型，包括C/C++固有的数据类型，如long。有些函数对象从名字中就可以看出它的用途，如plus()和multiplies()。类似的greater()和less-equal()用于比较两个值。

注意

有些版本的ANSI C++ 定义了times()函数对象，而GNU C++把它命名为multiplies()。使用时必须包含头文件<functional>。

一个有用的函数对象的应用是accumulate()算法。该函数计算容器中所有值的总和。记住这样的值不一定是简单的类型，通过重载operator+()，也可以是类对象。

accum.cpp

#include <iostream>
#include <numeric> //need accumulate()
#include <vector> //need vector
#include <functional> //need multiplies() or times()

using namespace std;

#define MAX 10
vector<long> v(MAX);

int main()
{
   for(int i = 0; i < MAX; i++)
       v[i] = i + 1;
   long sum = accumulate(v.begin(), v.end(), 0);
   cout<<"Sum of values =="<<sum<<endl;

   long product = accumulate(v.begin(), v.end(), 1, multiplies<long>());
   cout<<"Product of values =="<<product<<endl;
   return 0;
}

编译输出如下：
$ g++ accum.cpp
$ ./a.out
Sum of values == 55
Product of values == 3628800

注意使用了函数对象的accumulate()算法的用法。accumulate()在内部将每个容器中的对象和第三个参数作为multiplies函数对象的参数，multiplies(1,v)计算乘积。VC中的这些模板的源代码如下：

template <class _II, class _Ty>
inline _Ty accumulate(_II _F, _II _L, _Ty _V)
{
    for(; _F != _L; ++_F)
        _V = _V + *_F;
    return (_V);
}


template <class _II, class _Ty, class _Bop>
inline _Ty accumulate(_II _F, _II _L, _Ty _V, _Bop _B)
{
    for(; _F != _L; ++_F)
        _V = _B(_V, *_F);
    return (_V);
}

template <class _A1, class _A2, class _R>
struct binary_function{
    typedef _A1 first_argument_type;
    typedef _A2 second_argument_type;
    typedef _R result_type;
};

template <class _Ty>
struct multiplies:
binary_function<_Ty, _Ty, _Ty>
{
    _Ty operator()(const _Ty &_X, const _Ty &_Y) const
    {
        return (_X * _Y);
    }
};

引言：如果你想深入了解STL到底是怎么实现的，最好的办法是写个简单的程序，将程序中涉及到的模板源码给copy下来，稍作整理，就能看懂了。所以没有必要去买什么《STL源码剖析》之类的书籍，那些书可能反而浪费时间。

发生器函数对象

有一类有用的函数对象是“发生器”(generator)。这类函数有自己的内存，也就是说它能够从先前的调用中记住一个值。例如随机数发生器函数。

普通的C程序员使用静态或全局变量“记忆”上次调用的结果。但这样做的缺点是该函数无法和它的数据相分离，还有个缺点是要用TLS才能线程安全。显然，使用类来封装一块:“内存”更安全可靠。先看一下例子：

randfunc.cpp

#include <iostream>
#include <stdlib.h> //need rand(), srand()
#include <time.h> //need random_shuffle()
#include <vector> //need vector
#include <functional> //need ptr_fun()
#include <algorithm>
#include <iterator>

using namespace std;

int iarray[10] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };

vector<int> v(iarray, iarray + 10);

void Display(vector<int>& vr, const char *s);

unsigned int RandInt(const unsigned int n);

int main()
{
    srand(time(NULL));
    Display(v, "Before shuffle:");
    pointer_to_unary_function<unsigned int, unsigned int> ptr_RandInt = ptr_fun(RandInt);
    random_shuffle(v.begin(), v.end(), ptr_RandInt);
    Display(v, "After shuffle:");
    return 0;
}
void Display(vector<int>& vr, const char *s)
{
    cout << endl << s << endl;
    copy(vr.begin(), vr.end(), ostream_iterator<int>(cout, " "));
    cout << endl;
}

unsigned int RandInt(const unsigned int n)
{
    return rand() % n;
}

编译运行结果如下：
$ g++ randfunc.cpp
$ ./a.out
Before shuffle:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
After shuffle:
6 7 2 8 3 5 10 1 9 4

首先用下面的语句声明一个对象
pointer_to_unary_function<unsigned int, unsigned int> ptr_RandInt = ptr_fun(RandInt);

这儿使用STL的单目函数模板定义了一个变量ptr_RandInt, 并将地址初始化到我们的函数RandInt()。单目函数接受一个参数，并返回一个值。现在random_shuffle()可以如下调用:

random_shuffle(v.begin(), v.end(), ptr_RandInt);

在本例子中，发生器只是简单的调用rand()函数。

发生器函数类对象

下面的例子说明发生器函数类对象的使用。

fiborand.cpp

#include <iostream>
#include <algorithm> //need rand_shuffle()
#include <vector> //need vector
#include <functional> //need unary_function
#include <iterator>

using namespace std;

int iarray[10] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
vector<int> v(iarray, iarray + 10);
void Display(vector<int> &vr, const char *s);

template<class Arg>
class FiboRand:public unary_function<Arg, Arg>
{
    int i, j;
    Arg sequence[18];
public:
    FiboRand();
    Arg operator()(const Arg &arg);
};

void main()
{
    FiboRand<int> fibogen;
    cout<<"Fibonacci random number generator"<<endl;
    cout<<"using random_shuffle and a function object"<<endl;
    Display(v,"Before shuffle:");
    random_shuffle(v.begin(), v.end(), fibogen);
    Display(v, "After shuffle:");
}

void Display(vector<int> &vr, const char *s)
{
    cout<<endl<<s<<endl;
    copy(vr.begin(), vr.end(), ostream_iterator<int>(cout,""));
    cout<<endl;
}

template<class Arg>
FiboRand<Arg>::FiboRand()
{
    sequence[17]=1;
    sequence[16]=2;
    for(int n=15; n>0; n--)
        sequence[n]=sequence[n+1]+sequence[n+2];
    i=17;
    j = 5;
}

template<class Arg>
Arg FiboRand<Arg>::operator()(const Arg &arg)
{
    Arg k=sequence[i]+sequence[j];
    sequence[i]=k;
    i--;
    j--;
    if(i==0) i=17;
    if(j==0) j=17;
    return k % arg;
}

编译运行输出如下：

$ g++ fiborand.cpp
$ ./a.out
Fibonacci random number
generator
using random_shuffle and a
function object
Before shuffle:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
After shuffle:
6 8 5 4 3 7 10 1 9

该程序用完全不同的方法使用rand_shuffle。Fibonacci发生器封装在一个类中，该类能从先前的“使用”中记忆运行结果。在本例中，类FiboRand维护了一个数组和两个索引变量i和j。

FiboRand类继承自unary_function()模板：

template<class Arg>
class FiboRand: public unary_function<Arg, Arg>{ ...

Arg是用户自定义数据类型。该类还定义了两个成员函数，一个是构造函数，另一个是operator()()函数，该操作符允许random_shuffle()算法像一个函数一样“调用”一个FiboRand对象。

绑定器函数对象

一个绑定器使用另一个函数对象f()和参数值V创建一个函数对象。被绑定函数对象必须为双目函数，也就是说有两个参数，A和B。STL中的绑定器有：

• bind1st() 创建一个函数对象，该函数对象将值V作为第一个参数A。
• bind2nd() 创建一个函数对象，该函数对象将值V作为第二个参数B。

举例如下:

binder.cpp

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <functional>
#include <list>

using namespace std;

int iarray[10] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};

list<int> aList(iarray, iarray+10);

int main()
{
    int k = 0;
    k = count_if(aList.begin(), aList.end(), bind1st(greater<int>(),8));
    cout<<"Number elements < 8 == "<<k<<endl;
    return 0;
}

count_if()计算满足特定条件的元素的数目。
这是通过将一个函数对象和一个参数捆绑为一个对象，并将该对象作为算法的第三个参数实现的。注意这个表达式：

bind1st(greater<int>(),8)

该表达式将greater<int>()和一个参数值8捆绑为一个函数对象。由于使用了bind1st()，所以该函数相当于计算下述表达式：

8 > q

表达式中的q是容器中的对象。因此，完整的表达式

k = count_if(aList.begin(), aList.end(), bind1st(greater<int>(),8));

计算所有小于或等于8的对象的数目。

否定函数对象

所谓否定(negator)函数对象，就是它从另一个函数对象创建而来，如果原先的函数返回真，则否定函数对象返回假。有两个否定函数对象：not1()和not2()。

not1()授受单目函数对象，not2()接受双目函数对象。否定函数对象通常和绑定器一起使用。例如，上节中用bind1nd来搜索q<=8的值：

k = count_if(aList.begin(), aList.end(), bind1st(greater<int>(),8));

如果要搜索q>8的对象，则用bind2st。而现在可以这样写：

strat = find_if(aList.begin(), aList.end(), not1(bind1st(greater<int>(),8)));

你必须使用not1，因为bind1st返回单目函数。

总结：使用标准模板库（STL）

尽管很多程序员仍然在使用标准C函数，但是这就好像骑着毛驴寻找Mercedes一样。你当然最终也会到达目标，但是你浪费了很多时间。

尽管有时候使用标准C函数确实方便（如使用sprintf()进行格式化输出）。但是C函数不使用异常机制来报告错误，也不适合处理新的数据类型。而且标准C函数经常使用内存分配技术，没有经验的程序员很容易写出bug来。

C++标准库则提供了更为安全，更为灵活的数据集处理方式。STL最初由HP实验室的Alexander Stepanov和Meng Lee开发。最近，C++标准委员会采纳了STL，尽管在不同的实现之间仍有细节差别。

STL的最主要的两个特点：数据结构和算法分离，非面向对象本质。访问对象是通过像指针一样的迭代器实现的，容器是像链表、矢量之类的数据结构，并按模板方式提供。算法是函数模板，用于操作容器中的数据。由于STL以模板为基础，所以能用于任何数据类型和结构。