STL算法、迭代器和映射总结

迭代器

迭代器的提出

算法函数独立于数据结构无疑是一种很好的思路，它高度体现了OOP的核心思想。

但很快，我们就会发现因各数据结构的访问形式不同，困难显而易见。比如：

int sum( vector<int> &v )	 // 对向量中的元素求和
{
	int s = 0;
	for ( int i = 0; i < v.size(); ++i )   s += v[i];
	return s;
}

int sum( List<int>& l )		// 对链表中的元素求和
{
     int s = 0;
     Link<int> *first = l.first;
	while ( first != l.last ) {		
		s += first ->elem;
		first = first ->next;
	}
	return s;
}

从而我们设想必须有一种通用的访问工具。这就是迭代器。将算法和容器隔离开的过程叫做解耦。

迭代器的分类

使用模型

在定义数据序列的功能上说，迭代器是一种可以表示数据序列中元素的对象。

数据序列：

1. begin()开始，end()结束
2. 每个元素可以通过 * 进行解引用，取出对应位置的元素。
3. 迭代器可以支持基本运算，实现在数据序列中的遍历。

常用算法

查找函数

find(begin(),end())函数，遍历查找。

find_if(begin(), end(), pred())，为查找添加条件。

谓词predicates

其中 pred() 就称为谓词。

谓词的形式：

• 函数
• 函数对象

bool odd(int i) return i%2;//函数形式的谓词

struct Odd
{
	bool operator(int i) const { return i%2;}
} odd;//重载括号的函数对象

if (odd(n))//两者均可用
{ ... }
vector<int>::iterator p = find_if(v.begin(), v.end, odd);
vector<int>::iterator p = find_if(v.begin(), v.end, Odd());  //创建临时函数对象

从上面的例子可以看出，在调用过程当中，二者实际上并无太大差异。

那为什么要舍近求远用函数对象呢？
思考： C++的类，相比函数，优势在于结合了结构体变量携带状态的特点。从而可以在运行时改变函数的非入口特征值。这是仅有一个入口的普通函数谓词所不能比拟的。

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例如以下这个门限值的判定

template<class T>
struct Less_than 
{
	T val;   // 判定门限值
	Less_than(T& x) : val(x) { }
	bool operator()(const T& x) const { return x < val; }
};

// 在 vector<int> 查找值小于 43 的元素 
p = find_if(v.begin(), v.end(), Less_than(43)); 

//在 list<string> 查找字典序在单词 “perfection” 之前的元素
q = find_if(ls.begin(), ls.end(), Less_than("perfection")); 

函数对象的优点再论

• 可以抽象成一类函数的判别，并可以在运行过程中改动。
• 易于内联：现有编译器支持性好
• STL中已有一类成熟的函数对象模板

plus<T>
minus<T>
multiplies<T>
divides<T>
modulus<T> 

multiplies<double> m;
m( x, y );

累加算法

定义在可泛化为累乘、累除、累减。

// 泛化为累乘算法
#include <numeric>//这个算法定义在numeric中
#include <functional>
void f(list<double>& ld)
{
	double product = accumulate(ld.begin(), ld.end(), 1.0, multiplies<double>());
	//...
}

内积算法

向量内积的计算方式，给出两个数据序列，第一个给出头尾，第二个给出头。结果为一个数。

// 计算加权平均成绩
#include <vector> 
#include  <numeric> >
int main()
{
    vector<double> score { 92, 77, 85, …. };    // 每门课程的成绩
    vector<double> weight { 4, 2, 3, … }; 	   // 每门成绩的权重

    double average =  inner_product(score.begin(), score.end(),weight.begin(), 0.0) / 
	accumulate(weight.begin(), weight.end()); 
    return;
}

内积算法也可以进行泛化。

其他常用标准库算法

算法小结

• 面向一个或更多的序列进行处理
  • 通常通过一对迭代器定义序列的范围
• 支持一个或多个类型的操作
  • 利用函数对象定义操作类型
  • 利用普通函数定义操作类型
• 一般通过返回指向序列尾部的迭代器报告“错误或操作失败”

关联容器与映射

• map是仅次于 vector 的STL容器。
• 基于平衡二叉树实现
• 支持通过下标访问元素

映射的常见操作

标准操作：begin(), end(), size(), empty(), clear()
插入操作：

age.insert( pair<string,int>{ “Andy”, 10 } );  // 插入1 个键值对(“Andy”, 102)
age.insert( make_pair(“Andy”, 10 ) ) ; // 利用 make_pair() 函数插入

下标操作：

int n = age.[“Jack”]; 	// 若键值 “Jack” 存在，返回年龄值 
//否则，将键值对 (“Jack”, int{}) 插入 age，返回 int{} 
age[“Andy”] = 12; // 若键值 “Andy” 存在，改变年龄值为 12      
// 否则将键值对 ( “Andy”, int{12} ) 插入age，返回 int{12}

删除操作：

age.erase(“Andy”); 	// 删除键值为 “Andy” 的元素

查找操作：map的查找非常高效

map<string,int>::iterator it = age.find(“Andy”);   // 查找指定键值的元素
if( it != age.end() ) cout<<it->first<<it->second<<endl;   //找到，打印输出

集合set

去除了映射中的值维，无下标操作。键不重复，同样利用平衡二叉树高度有序。

例 利用set实现字典

int main()
{
   // 利用输入流初始化 set
   set<string> words{ istream_iterator<string>{ cin },
                                    istream_iterator<string>{ } } );
   
   // 利用拷贝算法将 set 中的元素输出至输出流
   copy( words.begin(), words.end(),
             ostream_iterator<string>{cout, "\n"} ); 
}

字典如果使用vector实现，则需要先读入，后排序，再 unique_copy。使用set极大减少了因顺序和判断重复造成的开销。