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news 2025/7/23 14:33:44

国家网站域名,宁波关键词优化排名工具,怎么做淘宝网站推广,wordpress百度云加速C | STL | 侯捷 | 学习笔记文章目录 C | STL | 侯捷 | 学习笔记1 STL概述1.1 头文件名称1.2 STL基础介绍1.3 typename 2 OOP vs. GP3 容器3.1 容器结构分类3.2 序列式容器3.2.1 array测试深度探索 3.2.2 vector测试深度探索 3.2.3 list测试深度探索 3.2.4 forward_list测试深度…

C++ | STL | 侯捷 | 学习笔记

文章目录

C++ | STL | 侯捷 | 学习笔记
- - 1 STL概述
  - - 1.1 头文件名称
    - 1.2 STL基础介绍
    - 1.3 typename
  - 2 OOP vs. GP
  - 3 容器
  - - 3.1 容器结构分类
    - 3.2 序列式容器
    - - 3.2.1 array
      - 测试
        深度探索
      - 3.2.2 vector
      - 测试
        深度探索
      - 3.2.3 list
      - 测试
        深度探索
      - 3.2.4 forward_list
      - 测试
        深度探索
      - 3.2.6 deque
      - 测试
        深度探索
      - 3.2.7 stack，queque
      - 测试
        深度探索
    - 3.3 关联式容器
    - - 3.3.0 RB-Tree
      - 3.3.1 set / multiset
      - 测试
        深度探索
      - 3.3.2 map / multimap
      - 测试
        深度探索
      - 3.3.3 HashTable
      - 3.3.4 unordered容器
      - 测试
        深度探索
  - 4 分配器
  - - 4.1 测试
    - 4.2 源码解析
  - 5 迭代器
  - - 5.1 迭代器的设计准则
    - 5.2 迭代器的分类
    - 5.3迭代器对算法的影响
  - 6 算法
  - - 6.1 算法源码
    - - 6.1.1 accumulate
      - 6.1.2 for_each
      - 6.1.3 replace…
      - 6.1.4 count…
      - 6.1 5 find…
      - 6.1.6 sort
      - 6.1.7 binary_search
  - 7 仿函数
  - 8 适配器
  - - 8.1 容器适配器
    - 8.2 函数适配器
    - - 8.2.1 binder2nd
      - 8.2.2 not1
      - 8.2.3 bind
    - 8.3 迭代器适配器
    - - 8.3.1 reverse_iterator
      - 8.3.2 inserter
    - 8.4 X适配器
    - - 8.4.1 ostream_iterator
      - 8.4.2 istream_iterator
  - 9 STL周围
  - - 9.1 万用Hash Function
    - 9.2 Tuple
    - - 9.2.1 用例
      - 9.2.2 原理
    - 9.3 type traits
    - - 9.3.1 用例
      - 9.3.2 原理
    - 9.4 move

1 STL概述

STL —— Standard Template Library，标准模板库

C++ Standard LIbrary，C++标准库中包含STL（即STL+一些小东西）

1.1 头文件名称

C++标准库的 header files 不带 .h，例如：#include<vector>
新式 C header files 不带 .h，例如：#include<cstdio>
老式 C header files 带 .h 仍然可用，例如：#include<stdio.h>

新式 header 内的组件封装于 namespace std

老式 header 内的组件不封装于 namespace std

1.2 STL基础介绍

STL六大部件：容器(Containers)、分配器(Allocators)、算法(Algorithms)、迭代器(Iterators)、仿函数(Functors)、适配器(Adapters)

容器：放数据
分配器：是来支持容器将数据放到内存里
算法：是一个个函数来处理存放在容器里的数据
迭代器：就是来支持算法操作容器的
仿函数：作用类似函数，例如相加相减等等
适配器：有三种，分别将容器，迭代器，仿函数来进行一个转换

实例：

首先是创建一个 container（vector）
allocator 来帮助 container 来分配内存（一般会忽略不写）
用一个 Algorithm 来操作数据（count_if 是数出满足条件的个数）
iterator 就是一个泛化的指针，来告诉 Algorithm 要处理哪里的数据
用一个 functor 来判断数据（less 其有两个参数传入，第一个 < 第二个就为真）
先用一个 function adapter（bind2nd）绑定了第二个参数为 40；再用一个 function adapter（not1）来对整个判断结果进行否定

判断条件 predicate 为：not1(bind2nd(less<int>(), 40)) —— 表示 >= 40 数为真

前闭后开：[ )，基本所有容器都有 begin() end()，但 begin 是指向的容器的第一个元素，而 end 是指向的容器最后一个元素的下一个

例子：遍历容器
...
Container<T> c;
Container<T>::iterator i = c.begin();
for (; i != c.end(); ++i)
{
...
}//但在C++11中可以用新语法简写
...
Container<T> c;
for (auto elem : c)
{
...
}

1.3 typename

在模板参数的关键字使用中与 class 是一样的

在类型前面加上 typename：

template <typename T>
class MyTemplateClass {
public:typedef typename T::NestedType NestedType;
};template <typename T>
void MyTemplateFunction() {typename T::SomeType variable;// ...
}

在这个例子中，typename 用于告诉编译器 T::NestedType 和 T::SomeType 是类型名称而不是成员变量

typename 是一个用于明确指定符号是一个类型的关键字，以帮助编译器正确解析代码并避免歧义，如果不使用 typename，编译器可能会认为符号是一个值而不是类型，导致编译错误。

2 OOP vs. GP

OOP —— Object-Oriented programming 面向对象编程

将数据和操作关联到一起

例如容器 List，其自带了一个 sort()，因为链表的存储空间不是连续的，Iterator 不能实现加减操作，所以不能使用全局的 ::sort()
GP —— Generic Programming 泛式编程

将数据和操作分开
- 容器和算法的团队就可以各自闭门造车，其间通过 Iterator 联通即可
- 算法通过 Iterator 确定操作范围，并通过 Iterator 取用容器的元素
- 所有的算法，其内的最终涉及元素的操作都是比大小

3 容器

3.1 容器结构分类

分类：序列式容器 Sequence Container，关联式容器 Associative Container

序列式容器：按照放入的次序进行排列
- Array 数组，固定大小
- Vector 向量，会自动扩充大小
- Deque 双向队列，双向都可以扩充
- List 链表，双向链表
- Forward-List 链表，单向链表
关联式容器：有 key 和 value，适合快速的查找

STL中实现使用红黑树（高度平衡二叉树）和哈希表
- Set，key 就是 value，元素不可重复
- Map，key 和 value 是分开的，元素不可重复
- Multi~，元素是可以重复的
- Unordered~，HashTable Separate Chaining

其中 Array，Forward-List，Unordered~ 都是C++11的

3.2 序列式容器

3.2.1 array

测试

#include <array>
#include <iostream>
#include <ctime> 
#include <cstdlib> //qsort, bsearch, NULLvoid test_array() {cout << "\n test_array().......... \n";// 创建一个包含long型元素的array容器，ASIZE为数组的大小array<long, ASIZE> c;// 记录开始时间clock_t timeStart = clock();// 填充数组 c 中的元素，使用 rand() 生成随机数for (long i = 0; i < ASIZE; ++i) {c[i] = rand();}// 输出填充数组所花费的毫秒数cout << "milli-seconds : " << (clock() - timeStart) << endl;// 输出数组的大小、第一个元素、最后一个元素、起始地址cout << "array.size()= " << c.size() << endl;cout << "array.front()= " << c.front() << endl;cout << "array.back()= " << c.back() << endl;cout << "array.data()= " << c.data() << endl;// 获取目标值long target = get_a_target_long();// 记录开始时间timeStart = clock();// 使用标准库的 qsort 函数（快排）对数组 c 进行排序::qsort(c.data(), ASIZE, sizeof(long), compareLongs);// 使用标准库的 bsearch 函数（二分查找）在排序后的数组中搜索目标值long* pItem = (long*)::bsearch(&target, c.data(), ASIZE, sizeof(long), compareLongs);// 输出排序和搜索所花费的毫秒数cout << "qsort()+bsearch(), milli-seconds : " << (clock() - timeStart) << endl;// 如果找到目标值，输出该值；否则输出未找到消息if (pItem != NULL)cout << "found, " << *pItem << endl;elsecout << "not found! " << endl;
}

运行结果：

随机数据填充容器：47ms；排序和搜索：187ms

深度探索

C++TR1下（比较简单）：

template <typename _Tp, std::size_t _Nm>
struct array
{typedef _Tp value_type;typedef _Tp* pointer;typedef value_type* iterator; // 迭代器为_Tp*value_type _M_instance[_Nm ? _Nm : 1]; // 如果_Nm为0，就分配一个空间iterator begin() { return iterator(&_M_instance[0]); }iterator end() { return iterator(&_M_instance[_Nm]); }...
};

GCC4.9下（复杂且无益处）：

// GCC4.9通过多个typedef以下面的逻辑创建的array里的data
typedef int T[100]; // T即类型int[100] 
T c; // 与int c[100]一样

3.2.2 vector

测试

#include <vector>
#include <stdexcept>
#include <string>
#include <cstdlib> //abort()
#include <cstdio>  //snprintf()
#include <iostream>
#include <ctime> 
#include <algorithm> 	//sort()// 测试函数，接受一个引用类型的长整型参数
void test_vector(long& value)
{cout << "\ntest_vector().......... \n";vector<string> c;  	// 创建一个字符串类型的向量char buf[10];clock_t timeStart = clock();	// 记录开始时间							for(long i=0; i< value; ++i)	// 循环插入随机生成的字符串{try {snprintf(buf, 10, "%d", rand());	// 将随机整数转换为字符串c.push_back(string(buf));     	// 将字符串添加到向量中} // 这里是处理异常，如内存不够catch(exception& p) {cout << "i=" << i << " " << p.what() << endl;	// 输出出现异常的信息以及对应的索引值// 曾經最高 i=58389486 then std::bad_allocabort();	// 异常处理后中止程序}}cout << "milli-seconds : " << (clock()-timeStart) << endl;	// 输出填充向量花费时间cout << "vector.max_size()= " << c.max_size() << endl;	// 输出向量的最大容量cout << "vector.size()= " << c.size() << endl;	// 输出向量的实际大小cout << "vector.front()= " << c.front() << endl;	// 输出向量的首元素cout << "vector.back()= " << c.back() << endl;	// 输出向量的末尾元素cout << "vector.data()= " << c.data() << endl;	// 输出向量地址cout << "vector.capacity()= " << c.capacity() << endl << endl;	// 输出向量的容量// 直接find来查找————次序查找string target = get_a_target_string();	// 获取一个目标字符串{timeStart = clock();	// 记录开始时间auto pItem = find(c.begin(), c.end(), target);	// 在向量中查找目标字符串cout << "std::find(), milli-seconds : " << (clock()-timeStart) << endl;  if (pItem != c.end())cout << "found, " << *pItem << endl << endl;	// 输出找到的目标字符串elsecout << "not found! " << endl << endl;	// 输出未找到目标字符串}// 先排序再二分法查找{timeStart = clock();	// 记录开始时间sort(c.begin(), c.end());	// 对向量中的字符串进行排序cout << "sort(), milli-seconds : " << (clock()-timeStart) << endl; timeStart = clock();	    string* pItem = (string*)::bsearch(&target, (c.data()), c.size(), sizeof(string), compareStrings); cout << "bsearch(), milli-seconds : " << (clock()-timeStart) << endl; if (pItem != NULL)cout << "found, " << *pItem << endl << endl;	// 输出在排序后向量中找到的目标字符串elsecout << "not found! " << endl << endl;	// 输出在排序后向量中未找到目标字符串}c.clear();	// 清空向量中的数据test_moveable(vector<MyString>(),vector<MyStrNoMove>(), value);	// 调用另一个函数进行测试
}

这是 array 在后面插入元素，其中若空间 capacity 不够，其会进行两倍扩充——即空间不够时会将原来的空间 *2

c.push_back(string(buf));

运行结果：

随机数据填充容器：3063ms；直接搜索：0ms（运气很好）；排序后二分查找：2765ms

深度探索

GCC2.9下：

一共3个指针：start，finish，end_of_storage

所以 sizeof(vector<int>) 是12

template <class T, class Alloc = alloc>
class vector
{
public:typedef T value_type;typedef value_type* iterator; // 迭代器就是T*typedef value_type& reference;typedef size_t size_type;
protected:iterator start;iterator finish;iterator end_of_storage;
public:iterator begin() { return start; }iterator end() { return finish; }size_type size() const { return size_type(end() - begin()); }size_type capacity() const { return size_type(end_of_storage - begin()); }bool empty() const { return begin() == end(); }reference operator[](size_type n) { return *(begin() + n); }// 所有连续储存的容器都有[]的重载reference front() { return *begin(); }reference back() { return *(end() - 1); }
}

vector 每次成长会大量调用元素的拷贝构造函数和析构函数，是一个大成本

void push_back(const T& x)
{if (finish != end_of_storage) // 还有备用空间{construct(finish, x); // 全局函数++finish;}else // 无备用空间insert_aux(end(), x);
}template <class T, class Alloc>
void vector<T, Alloc>::insert_aux(iterator position, const T& x){
if (finish != end_of_storage){ // insert_aux还会被其他函数调用所以还有检查// 在‘备用空间起始处’构建一个元素以vector最后一个元素为初值// insert_aux也可能被insert调用，元素插入位置不定construct(finish, *(finish - 1));++finish;T x_copy = x;copy_backward(position, finish - 2, finish - 1);*position = x_copy;
}
else{const size_type old_size = size();const size_type len = old_size != 0 ? 2 * old_size : 1;// 原大小为0，则分配1；否则，分配原大小的2倍iterator new_start = data_allocator::allocate(len);iterator new_finish = new_start;try{// 拷贝安插点前的原内容new_finish = uninitialized_copy(start, position, new_start);construct(new_finish, x);++new_finish;// 拷贝安插点后的原内容new_finish = uninitialized_copy(position, finish, new_finish);}catch (...){destroy(new_start, new_finish);data_allocator::deallocate(new_start, len);throw;}// 解构并释放原vectordestroy(begin(), end());deallocate();// 调整迭代器，指向新vectorstart = new_start;finish = new_finish;end_of_storage = new_start + len;
}

GCC4.9下变得复杂：

且迭代器也变得乱七八糟，舍近求远，何必如此！！

3.2.3 list

测试

// 同理
void test_list(long& value)
{ ...list<string> c;  // 创建一个字符串列表  	char buf[10];  // 字符串缓冲区...string target = get_a_target_string();  // 获取目标字符串		timeStart = clock();		auto pItem = find(c.begin(), c.end(), target);  // 在列表中查找目标字符串						cout << "std::find()，milli-seconds : " << (clock()-timeStart) << endl;  // 输出查找时间		...timeStart = clock();		c.sort();  // 对列表进行排序						cout << "c.sort(), milli-seconds : " << (clock()-timeStart) << endl;  // 输出排序时间		    	c.clear();  // 清空	 
}

注意： c.sort(); 是容器自带的排序函数，如果容器自带肯定是要比全局的排序函数好的

list 同样也是用 c.push_back(string(buf)); 往里添加元素的

运行结果：

随机数据填充容器：3265ms；直接搜索：16ms；排序：2312ms

深度探索

GCC2.9中

// list class
template <class T, class Alloc = alloc>
class list
{
protected:typedef __list_node<T> list_node;
public:	typedef list_node* link_type;typedef __list_iterator<T, T&, T*> iterator; // 迭代器，每一个容器都会 typedef// 只传一个参数就行了 不理想
protected:link_type node; // 一个 __list_node<T> 的指针
...
};// 节点 class
template <class T>
struct __list_node
{typedef void* void_pointer; // 每次用还要转换类型 不理想void_pointer prev;void_pointer next;T data;
};

除了 array，vector 这样是连续存储的容器，其他容器的 iterator 都是智能指针，其有大量的操作符重载 —— 模拟指针

基本上所有的 iterator 都有下面5个 typedef 和一大堆操作符重载

// iterator class
template <class T, class Ref, class Ptr>
struct __list_iterator
{typedef __list_iterator<T, T&, T*> self;typedef bidirectional_iterator_tag iterator_category; // (1)双向迭代器	typedef T value_type; // (2)迭代器所指对象的类型typedef Ptr pointer; // (3)迭代器所指对象的指针类型typedef Ref reference; // (4)迭代器所指对象的引用类型typedef __list_node<T>* link_type;typedef ptrdiff_t difference_type; // (5)两个迭代器之间的距离类型link_type node; // iterator本体，一个指向__list_node<T>的指针reference operator*() const { return (*node).data; }pointer operator->() const { return &(operator*()); }self& operator++() // ++i{node = (link_type)((*node).next); // 移到下一个节点return *this; }self operator++(int) // i++ 为了区分加上了一个参数其实无用{self tmp = *this; ++*this; return tmp; }...
};

注意：self operator++(int){...} 的 self tmp = *this; 中，由于先调用了 = 唤起了 copy ctor 用以创建 tmp 并以 *this 为初值，所以不会唤起 operator* —— *this 已经被解释为 ctor 的参数

下面的 ++*this; 同理

与 int 类似：iterator 可以连续前++，但不能连续后++

所以前++是返回引用，后++返回值

因为要符合前闭后开原则，所以在 list 尾端加上了一个空白节点

GCC4.9中做出了改进：

迭代器模板参数从三个 --> 只有一个
节点 class 中的前后指针类型从 void* --> _LIst_node_base*

在GCC4.9中 sizeof(list<int>) 是 8

在GCC2.9中 sizeof(list<int>) 是 4

3.2.4 forward_list

测试

// 同理
void test_forward_list(long& value)
{...forward_list<string> c;  // 创建一个前向列表  	char buf[10];  // 字符串缓冲区...string target = get_a_target_string();  // 获取目标字符串	timeStart = clock();	auto pItem = find(c.begin(), c.end(), target);  // 在前向列表中查找目标字符串	cout << "std::find()，milli-seconds : " << (clock()-timeStart) << endl;  // 输出查找时间		...timeStart = clock();		c.sort();  // 进行排序					cout << "c.sort()， milli-seconds : " << (clock()-timeStart) << endl;  // 输出排序时间		c.clear();  // 清空	 
}

注意：forward_list 只有 c.push_front(); 且没有 forward_list.back() forward_list.size()

运行结果：

随机数据填充容器：3204ms；直接搜索：15ms；排序：2656ms

深度探索

与 list 相似，略

3.2.6 deque

测试

类似vector，两边都能扩充，实际上是分段连续的

其是通过 map（是一个vector，但在扩充时会 copy 到中间）里的指针指向各个 buffer，buffer 里再存数据，每个 buffer 的大小一致，每次扩充都是扩充一个指针指向一个新的 buffer

map其实是vector，它扩充的时候会增长为原来的2倍，移动原数据到新内存空间的时候，它会放到新内存空间的中间，方便扩充

比如：原来大小为8，扩充为16，那原来这8个放在 5-12这个位置，前面和留后面留着扩充

void test_deque(long& value)
{...deque<string> c;  // 创建一个双端队列  	char buf[10];  // 字符串缓冲区...string target = get_a_target_string();  // 获取目标字符串	timeStart = clock();	auto pItem = find(c.begin(), c.end(), target);  // 在队列中查找目标字符串	cout << "std::find()，milli-seconds : " << (clock()-timeStart) << endl;  // 输出查找时间		...timeStart = clock();		sort(c.begin(), c.end());  // 对队列进行排序					cout << "sort()，milli-seconds : " << (clock()-timeStart) << endl;  // 输出排序时间		c.clear();  // 清空队列
}

运行结果：

随机数据填充容器：2704ms；直接搜索：15ms；排序：3110ms

下面的 stack 和 queue 内部都是一个 deque，所以技术上这两个可以看作容器适配器 Container Adapter

深度探索

GCC2.9下

template <class T, class Alloc = alloc, size_t BufSiz = 0>
class deque
{
public:typedef T value_type;typedef __deque_iterator<T, T&, T*, BufSiz> iterator;typedef size_t size_type;typedef T* pointer;
protected:typedef pointer* map_pointer; // T** 指向指针的指针
protected:iterator start;iterator finish;map_pointer map;size_type map_size;// 两个迭代器:16*2，一个指针:4，一个size_t:4，一共40字节
public:iterator begin() { return start; }iterator end() { return finish; }size_type size() const { return finish - start; }...
};

注意：第三个模板参数 size_t BufSiz = 0 有一个函数：

如果不为0，则 buffer size 就是传入的数据

如果为0，表示预设值，那么

如果 sz = sizeof(value_type) < 512，传回 512/sz
如果 sz = sizeof(value_type) >= 512，传回 1

迭代器四个指针，cur 指向当前元素，first 指向当前 buffer 的第一个元素，last 指向当前 buffer 的最后一个元素的下一个，node 指向当前 buffer 在 map（控制中心）的指针

// deque迭代器
template <class T, class Ref, class Ptr, size_t BufSiz>
struct __deque_iterator
{typedef random_access_iterator_tag iterator_category; // (1)typedef T value_type; // (2)typedef Ptr pointer; // (3)typedef Ref reference; // (4)typedef size_t size_type;typedef ptrdiff_t difference_type; // (5)typedef T** map_pointer;typedef __deque_iterator self;T* cur;T* first;T* last;map_pointer node; // 指向指针的指针// 四个指针，一共16字节...
};

deque 中的 insert 函数：

iterator insert(iterator position, const T& x)
{if (position.cur == start.cur) // 插入点在deque最前端      {							// 交给push_frontpush_front(x);return start;}else if (position.cur == finish.cur) // 插入点在deque最尾端{								  // 交给push_frontpush_back(x);iterator tmp = finish;--tmp;return tmp;}else // 在中间插入{return insert_aux(position, x);}   
}iterator insert_aux(iterator pos, const T& x)
{difference_type index = pos - start; // 安插点前元素个数value_type x_copy = x;if (index < size() / 2) // 安插点前的元素少————搬前面的{push_front(front());...copy(front2, pos1, front1); // 搬元素}else // 安插点后的元素少————搬后面的{push_back(back());...copy_backward(pos, back2, back1);}*pos = x_copy; // 安插点设新值return pos;
}

deque 模拟连续空间（deque iterator 的功能）：

-：两个位置之间的距离——前闭后开的元素个数

两个位置之间的距离 = buffer_size * 两个位置之间 buffer 的数量 + 末尾位置到 buffer 前端的长度 + 起始位置到 buffer 末尾的长度
++/--：注：下面带参数的是后++（i++）

+=/+：

self& operator+=(difference_type n)
{difference_type offset = n + (cur - first);  if (offset >= 0 && offset < difference_type(buffer_size()))  // 若+了之后在缓冲区大小范围内cur += n;  // 直接移动迭代器 n 步else{difference_type node_offset = offset > 0 ? offset / difference_type(buffer_size()) : -difference_type((-offset - 1) / buffer_size()) - 1;// 计算偏移的节点数，offset > 0判断是为了之后的-=/-// 这里(-offset - 1)后除buffer_size()再-1是为了offset==buffer_size()的情况set_node(node + node_offset);  // 调整节点，使迭代器指向正确的节点cur = first + (offset - node_offset * difference_type(buffer_size()));  // 调整迭代器位置}return *this;
}self operator+(difference_type n) const
{self tmp = *this;  // 复制当前迭代器return tmp += n;   // 返回向前移动 n 步后的迭代器副本
}

-=/-：

// -就等于+负的
self& operator-=(difference_type n) { return *this += -n; }
self operator-(difference_type n) const
{self tmp = *this;return tmp -= n;
}

[]：

reference operator[](difference_type n) const 
{ return *(*this + n); }

GCC4.9下：其实没必要这样

G2.91 允许指派 buffer_size

G4.53 不允许了

3.2.7 stack，queque

测试

stack：

queue：

stack，queue 是通过 push() 和 pop() 来放取元素的，且无iterator 的操作

深度探索

stack 和 queue 内部默认用 deque 来实现，所以有时候不会将这两个认为容器而是一个适配器

底层函数可以使用 list 和 deque（deque默认更快）
queue 不能用 vector，stack 可以用 vector
set，map 都不能用

用时编译器可以通过的，但在具体使用函数时，若遇到底层容器没有这个函数时，就会报错

// queue
template<class T, class Sequence = deque<T>>
class queue
{...
protected:Sequence c; // 底层容器
public:// 都是通过底层容器来实现bool empty() const { return c.empty(); }size_type size() const { return c.size(); }reference front() { return c.front(); }const_reference front() const { return c.front(); }reference back() { return c.back(); }const_reference back() const { return c.back(); }void push(const value_type& x) { c.push_back(x); }void pop() { c.pop_front(); }
};// stack
template<class T, class Sequence = deque<T>>
class stack
{...
protected:Sequence c; // 底层容器
public:// 都是通过底层容器来实现bool empty() const { return c.empty(); }size_type size() const { return c.size(); }reference top() { return c.back(); }const_reference top() const { return c.back(); }void push(const value_type& x) { c.push_back(x); }void pop() { c.pop_back(); }
};

stack，queue 都不允许遍历，也不提供 iterator

3.3 关联式容器

3.3.0 RB-Tree

红黑树（Red-Black Tree）是一种自平衡的二叉搜索树 BST（AVL 是另一种），其设计目标是在最坏情况下也能保证基本的动态集合操作（如插入、删除和查找）的时间复杂度为O(log n)。红黑树通过一系列的颜色和性质约束来维持其平衡性，这些约束包括：

节点是红色或黑色：每个节点都有一个颜色属性，可以是红色或黑色。
根节点是黑色：确保树的根始终为黑色，这有助于维持树的平衡。
所有叶子节点都是黑色：这里的叶子节点指的是树中的空节点（NIL节点），它们被假定为黑色。
红色节点的子节点必须是黑色（也称为“不能有两个连续的红色节点”）：这个性质确保了在任何路径上，红色节点不会紧密相连，从而限制了树的高度。
从任一节点到其每个叶子的所有路径都包含相同数目的黑色节点：这个性质被称为“黑色平衡性质”，它确保了树在整体上保持平衡。

rb-tree 提供遍历操作和 iterators，按中序遍历遍历，便可以得到排序状态

不能用 iterator 去改变元素的 key（其有严谨的排列规则）

rb-tree 提供两种 insertion 操作：insert_unique() 和 insert_equal()，前者表示 key 独一无二，后者表示 key 可重复

GCC2.9下：

template<class Key, // key的类型class Value, // Value里包含key和dateclass KeyOfValue, // 从Value中取出key的仿函数class Compare, // 比较key大小的仿函数class Alloc = alloc>
class rb_tree
{
protected:typedef __rb_tree_node<Value> rb_tree_node;...
public:typedef rb_tree_node* link_type;...
protected:size_type node_count; // rb-tree节点数量，大小4link_type header; // 头指针，大小4Compare Key_compare; // key比大小的仿函数，大小1// sizeof: 9 ——> 12(填充到4的倍数)...
};

GCC4.9下：

_M_color 是 “枚举”（Enumeration）

3.3.1 set / multiset

set/multiset的value和key合一，value就是key

测试

void test_multiset(long& value)
{cout << "\ntest_multiset().......... \n";multiset<string> c;  // 创建一个multiset  	char buf[10];		clock_t timeStart = clock();  // 记录起始时间							for(long i=0; i< value; ++i)  // 添加元素到multiset中{try {snprintf(buf, 10, "%d", rand());  // 将随机数转换为字符串格式c.insert(string(buf));  // 将字符串插入multiset中     				}catch(exception& p) {  // 捕获可能的异常cout << "i=" << i << " " << p.what() << endl;  // 输出异常信息abort();  // 终止程序}}cout << "毫秒数 : " << (clock()-timeStart) << endl;  // 输出时间差，计算插入时间	cout << "multiset.size()= " << c.size() << endl;  // 输出multiset大小	cout << "multiset.max_size()= " << c.max_size() << endl;  // 输出multiset的最大容量string target = get_a_target_string();	{timeStart = clock();auto pItem = find(c.begin(), c.end(), target);  // 在multiset中使用 std::find(...) 查找目标字符串cout << "std::find()，毫秒数 : " << (clock()-timeStart) << endl;		...}{timeStart = clock();		auto pItem = c.find(target);  // 在multiset中使用 c.find(...) 查找目标字符串cout << "c.find()，毫秒数 : " << (clock()-timeStart) << endl;		 ...}	c.clear();  // 清空multiset
}

安插元素是使用 insert()，其位置由红黑树决定

容器自己有 c.find()，其会比全局的 ::find() 快

运行结果：

随机数据填充容器：6609ms（其在填充的时候就进行排序了）；直接搜索 ::find()：203ms；c.find()：0ms

深度探索

以 rb-tree 为底层结构，因此有——元素自动排序，key 与 value 和一

set / multiset 提供遍历操作和 iterators，按中序遍历遍历，便可以得到排序状态

禁止用 iterator 去改变元素的值（其有严谨的排列规则）

set的key 独一无二，其 insert() 操作用的 rb-tree 的：insert_unique()

multiset 的 key 可以重复，其 insert() 操作用的 rb-tree 的：insert_equal()

GCC2.9下：

// set
template <class Key, class Compare = less<Key>, class Alloc = alloc>
class set
{
public:typedef Key key_type;typedef Key value_type;typedef Compare key_compare;typedef Compare value_compare;
private:typedef rb_tree<key_type, value_type, identity<value_type>, key_compare, Alloc> rep_type;rep_type t; // 采用红黑树作为底层机制
public:typedef typename rep_type::const_iterator iterator;// 注意：这里是const_iterator，所以不能用iterator改元素...
};

3.3.2 map / multimap

key是key,val是val

测试

void test_multimap(long& value)
{...multimap<long, string> c;  // 创建一个multimap，key 为 long 类型，value 为 string 类型  	char buf[10];clock_t timeStart = clock();  // 记录起始时间							for(long i=0; i< value; ++i)  // 添加元素到multimap中{try {snprintf(buf, 10, "%d", rand());  // 将随机数转换为字符串格式并复制到缓冲区// multimap 不可使用 [] 做 insertion c.insert(pair<long, string>(i, buf));  // 将元素插入multimap中   						}catch(exception& p) {  // 捕获可能的异常cout << "i=" << i << " " << p.what() << endl;  // 输出异常信息abort();  // 终止程序}}cout << "毫秒数 : " << (clock()-timeStart) << endl;  // 输出时间差，计算插入时间	cout << "multimap.size()= " << c.size() << endl;  // 输出multimap大小cout << "multimap.max_size()= " << c.max_size() << endl;  // 输出multimap的最大容量long target = get_a_target_long();		timeStart = clock();		auto pItem = c.find(target);  // 在multimap中查找目标 key								cout << "c.find()，毫秒数 : " << (clock()-timeStart) << endl;	 if (pItem != c.end())cout << "找到，value=" << (*pItem).second << endl;  // 如果找到，输出找到的值elsecout << "未找到！" << endl;  // 如果未找到，输出未找到的信息	c.clear();  // 清空multimap		  					
}

c.insert(pair<long, string>(i, buf)); 中 key 是从1~1000000，value 是随机取的，将其组合为 pair 插入

运行结果：

随机数据填充容器：4812ms（其在填充的时候就进行排序了）；c.find()：0ms

深度探索

以 rb-tree 为底层结构，因此有——元素自动排序

map/ multimap 提供遍历操作和 iterators，按中序遍历遍历，便可以得到排序状态

不能用 iterator 去改变元素的key（其有严谨的排列规则），但可以用 iterator 去改变元素的 data

因此 map / multimap 将 user 指定的 key_type 设定成 const

map的key 独一无二，其 insert() 操作用的 rb-tree 的：insert_unique()

multimap 的 key 可以重复，其 insert() 操作用的 rb-tree 的：insert_equal()

GCC2.9下：

template <class Key, // key的类型class T, // data的类型class Compare = less<Key>, class Alloc = alloc>
class map
{
public:typedef Key key_type;typedef T data_type;typedef T mapped_type;typedef pair<const Key, T> value_type;// 注意：这里是const Key ———— 防止改keytypedef Compare key_compare;
private:typedef rb_tree<key_type, value_type, select1st<value_type>, key_compare, Alloc> rep_type;rep_type t; // 采用红黑树作为底层机制
public:typedef typename rep_type::iterator iterator;...
};

map 的插入元素有特殊写法：c[i] = string(buf)，其中 i 就是 key；multimap没有

map 的 [] 功能：

访问元素： 如果指定的键存在于映射中，map[key] 将返回与该键关联的 data；如果键不存在，map[key] 将自动创建一个新的键值对，key 为指定的 key，data 为默认 data，并返回这个默认 data

3.3.3 HashTable

元素的位置 = key % bucket大小
bucket vector 的大小为质数
当元素个数大于 bucket 的总数时，bucket vector 扩充并重新打散放在新计算的 bucket 中（rehashing 很花时间）—— bucket 一定比元素多

在扩充时，按 vector 扩充为2倍大小，但会选择靠进这个数的一个质数做新的大小

GCC2.9下：

template <class Value, // Value里包含key和dateclass Key, // key的类型class HashFcn, // hash函数class ExtractKey, // 从Value中取出key的方法class EqualKey, // 判断key相等的函数class Alloc>
class hashtable
{
public:typedef HashFcn hasher; typedef EqualKey key_equal; // 判断key相等的函数typedef size_t size_type;
private:// 3个函数对象，大小一共3（应该是0，因为一些因素）hasher hash;key_equal equals;ExtractKey get_key;typedef __hashtable_node<Value> node;vector<node*, Alloc> buckets; // vector里3个指针，大小12size_type num_elements; // 大小4// 一共19 ——> 20（调整为4的倍数）
public:size_type bucket_count() const { return buckets.size(); }
};

Hash函数：

给传进来的参数生成一个编号

偏特化写不同类型的 hash 函数，下图都是数值类型，直接返回就可以

下图对 c 风格的字符串做了处理（也可以自己设计），来生成 hash code

注意：老版本STL没有提供现成的 string 类型的 hash 函数

3.3.4 unordered容器

测试

void test_unordered_multiset(long& value)
{cout << "\ntest_unordered_multiset().......... \n";unordered_multiset<string> c;  // 创建一个 unordered_multiset  	char buf[10];clock_t timeStart = clock();  // 记录起始时间							for(long i=0; i< value; ++i)  // 添加元素到 unordered_multiset 中{try {snprintf(buf, 10, "%d", rand());  // 将随机数转换为字符串格式c.insert(string(buf));  // 将字符串插入 unordered_multiset 中   			  		}catch(exception& p) {  // 捕获可能的异常cout << "i=" << i << " " << p.what() << endl;  // 输出异常信息abort();  // 终止程序}}cout << "毫秒数 : " << (clock()-timeStart) << endl;  // 输出时间差，计算插入时间	cout << "unordered_multiset.size()= " << c.size() << endl;  // 输出 unordered_multiset 大小cout << "unordered_multiset.max_size()= " << c.max_size() << endl;  // 输出 unordered_multiset 的最大容量cout << "unordered_multiset.bucket_count()= " << c.bucket_count() << endl;  // 输出 unordered_multiset 的桶数量cout << "unordered_multiset.load_factor()= " << c.load_factor() << endl;  // 输出 unordered_multiset 的负载因子cout << "unordered_multiset.max_load_factor()= " << c.max_load_factor() << endl;  // 输出 unordered_multiset 的最大负载因子cout << "unordered_multiset.max_bucket_count()= " << c.max_bucket_count() << endl;  // 输出 unordered_multiset 的最大桶数量for (unsigned i=0; i< 20; ++i) {cout << "bucket #" << i << " has " << c.bucket_size(i) << " elements.\n";  // 输出前20个桶中的元素数量}					string target = get_a_target_string();	{timeStart = clock();auto pItem = find(c.begin(), c.end(), target);  // 在 unordered_multiset 中使用 std::find(...) 查找目标字符串cout << "std::find()，毫秒数 : " << (clock()-timeStart) << endl;	if (pItem != c.end())cout << "found, " << *pItem << endl;  // 如果找到，输出找到的元素elsecout << "not found! " << endl;  // 如果未找到，输出未找到的信息	}{timeStart = clock();		auto pItem = c.find(target);  // 在 unordered_multiset 中使用 c.find(...) 查找目标字符串cout << "c.find()，毫秒数 : " << (clock()-timeStart) << endl;	 if (pItem != c.end())cout << "found, " << *pItem << endl;  // 如果找到，输出找到的元素elsecout << "not found! " << endl;  // 如果未找到，输出未找到的信息	}		c.clear();  // 清空unordered_multiset
}

运行结果：

随机数据填充容器：4406ms；直接搜索 ::find()：109ms；c.find()：0ms；前二十个 bucket 中只有一个有24个元素

深度探索

4 分配器

4.1 测试

分配器都是与容器共同使用的，一般分配器参数用默认值即可

list<string, allocator<string>> c1;

不建议直接用分配器分配空间，因为其需要在释放内存时也要指明大小

int* p; 	
p = allocator<int>().allocate(512, (int*)0); // 临时变量调用函数
allocator<int>().deallocate(p,512); // 释放时需要指明之前申请的大小

4.2 源码解析

VC6下：allocator 中有 allocate，deallocate 其分别用函数 ::operator new 和 ::operator delete 来调用 c 中的 malloc 和 free

pointer allocate(size_type _N, const void*){...} // 后面一个参数只是用来指明类型的
void deallocate(void _FARQ *_P, size_type){...}

这里经过包装还是调用的 malloc 和 free，其执行效率变慢；且如果申请的空间比较小，会有较大比例的额外开销（cookie，调试模式所需空间等等）

GCC2.9 下：其容器都是调用的名叫 alloc 的分配器

在这里插入图片描述

其从0到15有一共16个链表，分别代表8字节到16*8字节，例如 #0 的位置用 malloc 要一大块内存，然后做切割，切成一块一块的8字节空间不带cookie，用单向链表穿起来；当要申请6字节的大小的空间时，其就会到 #0 中占用一块 —— 节省空间

在 GCC4.9 中各个容器又用回了 allocator，而上面的 alloc 变成了__poll_alloc

5 迭代器

迭代器必须能回答算法的所有提问，才能搭配该算法的所有操作

5.1 迭代器的设计准则

Iterator 必须提供5种 associated type（说明自己的特性的）来供算法来识别，以便算法正确地使用 Iterator

template <class T, class Ref, class Ptr>
struct __list_iterator
{...typedef bidirectional_iterator_tag iterator_category; // (1)迭代器类别：双向迭代器	typedef T value_type; // (2)迭代器所指对象的类型typedef Ptr pointer; // (3)迭代器所指对象的指针类型typedef Ref reference; // (4)迭代器所指对象的引用类型typedef ptrdiff_t difference_type; // (5)两个迭代器之间的距离类型// iter1-iter2 时，要保证数据类型以存储任何两个迭代器对象间的距离...}
// 迭代器回答// | Λ
// | |
// | | 
// V |// 算法直接提问
template <typename I>
inline void algorithm(I first, I last)
{...I::iterator_categoryI::pointerI::referenceI::value_typeI::difference_type...
}

但当 Iterator 并不是 class 时，例如指针本身，就不能 typedef 了 —— 这时就要设计一个 Iterator Traits

Traits：用于定义类型特征的信息，从而在编译时根据类型的不同进行不同的操作或处理 —— 类似一个萃取机（针对不同类型做不同操作：偏特化）

// I是class iterator进
template <class I>
struct Iterator_traits
{typedef typename I::iterator_category iterator_category;typedef typename I::value_type value_type;typedef typename I::difference_type difference_type;typedef typename I::pointer pointer;typedef typename I::reference reference;// typename用于告诉编译器，接下来的标识符是一个类型名，而不是一个变量名或其他名称// I::iterator_category 是一个类型名// iterator_category是这个迭代器类型内部的一个嵌套类型（typedef ...）
};// I是指向T的指针进
template <class T>
struct Iterator_traits<T*>
{typedef random_access_iterator_tag iterator_category;typedef T value_type;typedef ptrdiff_t difference_type;typedef T* pointer;typedef T& reference;
};// I是指向T的常量指针进
template <class T>
struct Iterator_traits<const T*>
{typedef random_access_iterator_tag iterator_category;typedef T value_type; // 注意是T而不是const T// 按理说是const T，但声明一个不能被赋值的变量无用// 所以value_type不应加上consttypedef ptrdiff_t difference_type;typedef const T* pointer;typedef const T& reference;
};

除了 Iterator Traits，还有很多其他 Traits

5.2 迭代器的分类

迭代器的分类对算法的效率有很大的影响

输入迭代器 input_iterator_tag：istream迭代器
输出迭代器 output_iterator_tag：ostream迭代器
单向迭代器 forward_iterator_tag：forward_list，hash类容器
双向迭代器 bidirectional_iterator_tag： list、红黑树容器
随机存取迭代器 random_access_iterator_tag：array、vector、deque

用有继承关系的class实现：

方便迭代器类型作为参数进行传递，如果是整数的是不方便的
有些算法的实现没有实现所有类型的迭代器类别，就要用继承关系去找父迭代器类别

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 {};

5.3迭代器对算法的影响

1.算法 distance 将会按照迭代器的类别进行不同的操作以提升效率

如果迭代器可以跳，直接 last - first 即可
如果迭代器不能跳，就只能一步一步走来计数

两者的效率差别很大

但如果迭代器类别是 farward_iterator_tag 或者 bidirectional_iterator_tag，该算法没有针对这种类型迭代器实现，就可以用继承关系来使用父类的实现（继承关系——“is a” 子类是一种父类，当然可以用父类的实现）

2.算法 copy 将经过很多判断筛选来找到最高效率的实现

其中用到了 Iterator Traits 和 Type Traits 来进行筛选

has trivial op=() 是指的有不重要的拷贝赋值函数（例如复数用的自带的拷贝赋值函数）

注意：由于 output_iterator_tag（例如 ostream_iterator）是 write-only，无法用 * 来读取内容，所以在设计时就需要再写个专属版本

在源码中，算法都是模板函数，接受所有的 iterator，但一些算法只能用特定的 iterator，所以其会在模板参数的名称上进行暗示：

6 算法

算法的标准样式：需要传进去两个指针

6.1 算法源码

算法一般最后一个参数会允许我们传入一个函数对象，使得原来的函数对元素的操作有一定的规则

6.1.1 accumulate

两个版本：

元素累加到 init 上

template <class InputIterator, class T>
T accumulate(InputIterator first, InputIterator last, T init)
{for (; first != last; ++first)init = init + *first; // 累加到initreturn init;
}

元素累运算到 init 上

template <class InputIterator, class T, class BinaryOperation>
T accumulate(InputIterator first, InputIterator last, T init, BinaryOperation binary_op)
{for (; first != last; ++first)init = binary_op(init, *first); // 累运算到init上return init;
}

这里可以用任意的二元操作（可以是函数，也可以是仿函数）

测试：

#include <iostream>     // std::cout
#include <functional>   // std::minus
#include <numeric>      // std::accumulate// 函数
int myfunc (int x, int y) {return x+2*y;}// 仿函数
struct myclass {int operator()(int x, int y) {return x+3*y;}
} myobj;void test_accumulate()
{cout << "\ntest_accumulate().......... \n";	int init = 100;int nums[] = {10,20,30};cout << "using default accumulate: ";cout << accumulate(nums,nums+3,init);  //160cout << '\n';cout << "using functional's minus: ";cout << accumulate(nums, nums+3, init, minus<int>()); //40cout << '\n';cout << "using custom function: ";cout << accumulate(nums, nums+3, init, myfunc);	//220cout << '\n';cout << "using custom object: ";cout << accumulate(nums, nums+3, init, myobj);	//280cout << '\n';
}

6.1.2 for_each

让范围里的所有元素都依次做同一件事情

Function 可以是函数也可以是仿函数

template <class InputIterator, class Function>
Function for_each(InputIterator first, InputIterator last, Function f)
{for (; first != last; ++first) {f(*first);}return f;
}

与C++11中的 range-based for statement 差不多

6.1.3 replace…

replace：范围内的所有等于 old_value 的，都被 new_value 取代

template <class ForwardIterator, class T>
void replace(ForwardIterator first, ForwardIterator last,const T& old_value, const T& new_value)
{for (; first != last; ++first){if (*first == old_value) *first = new_value;	}
}

replace_if：范围内所有满足 pred() 为 true 的元素都被 new_value 取代

template <class ForwardIterator,class Predicate, class T>
void replace_if(ForwardIterator first, ForwardIterator last,Predicate pred, const T& new_value)
{for (; first != last; ++first){if (pred(*first)) *first = new_value;}
}

replace_copy：范围内的元素全部 copy 到新地方，其中所有等于 old_value 的，都被替代为 new_value

template <class InputIterator, class OutputIterator, class T>
OutputIterator replace_copy(InputIterator first, InputIterator last,OutputIterator result, const T& old_value, const T& new_value)
{for (; first != last; ++first, ++result){*result = (*first == old_value) ? new_value : *first;}return result;
}

6.1.4 count…

count：在范围中计数值等于 value 的个数

template <class InputIterator, class T>
typename iterator_traits<InputIterator>::difference_type // 返回类型
count (InputIterator first, InputIterator last, const T& value)
{typename iterator_traits<InputIterator>::difference_type n = 0;for (; first != last; ++first){if (*first == value) ++n;}return n;
}

count_if：在范围中计数满足条件 pred() 的个数

template <class InputIterator, class Predicate>
typename iterator_traits<InputIterator>::difference_type // 返回类型
count_if (InputIterator first, InputIterator last, Predicate pred)
{typename iterator_traits<InputIterator>::difference_type n = 0;for (; first != last; ++first){if (pred(*first)) ++n;}return n;
}

容器不带成员函数 count()：array，vector，forward_list，deque
容器自带成员函数 count()：set / multiset，map / multimap，unordered_set / unordered_multiset，unordered_map / unorderd_multimap —— 所有关联式容器

6.1 5 find…

find：在范围内找到值等于 value 的元素

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

find_if：在范围内找到满足 pred() 的元素

template <class InputIterator, class Predicate>
InputIterator find_if(InputIterator first, InputIterator last, Predicate pred)
{while (first != last && !pred(*first)) ++first;return first;
}

都是循序查找，效率低

容器不带成员函数 find()：array，vector，forward_list，deque
容器自带成员函数 find()：set / multiset，map / multimap，unordered_set / unordered_multiset，unordered_map / unorderd_multimap —— 所有关联式容器

6.1.6 sort

源码复杂

测试：

// 函数
bool myfunc (int i,int j) { return (i<j); }//仿函数
struct myclass {bool operator() (int i,int j) { return (i<j);}
} myobj;// 定义向量
int myints[] = {32,71,12,45,26,80,53,33};
vector<int> myvec(myints, myints+8);          // 32 71 12 45 26 80 53 33// 用默认的比较(operator <)
sort(myvec.begin(), myvec.begin()+4);         //(12 32 45 71)26 80 53 33// 用自己的函数作比较
sort(myvec.begin()+4, myvec.end(), myfunc); 	// 12 32 45 71(26 33 53 80)// 用自己的仿函数作比较
sort(myvec.begin(), myvec.end(), myobj);      //(12 26 32 33 45 53 71 80)// 用反向迭代器 reverse iterator 和默认的比较(operator <)
sort(myvec.rbegin(), myvec.rend());           // 80 71 53 45 33 32 26 12// 用显式默认比较(operator <)
sort(myvec.begin(), myvec.end(), less<int>()); // 12 26 32 33 45 53 71 80   // 使用另一个比较标准(operator >)
sort(myvec.begin(), myvec.end(), greater<int>()); // 80 71 53 45 33 32 26 12

容器不带成员函数 sort()：array，vector，deque，所有关联式容器（本身就排好序了）
容器自带成员函数 sort()：list，forward_list（只能用自带）

reverse iterator：

其中用的是 reverse_iterator —— iterator adapter

6.1.7 binary_search

二分查找是否存在目标元素（并不给予位置），使用前必须先排序；其主要使用 lower_bound() 来找到能放入 val 的最低位置，再判断该元素是否存在

template <class ForwardIterator, class T>
bool binary_search(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& value)
{first = lower_bound(first, last, value);return (first != last && !(value < *first));// first == last 就是序列中所有元素都小于value// first == last 时，*first是没有值的，所以需要先检查// value < *first 就是序列中没有等于value的}

lower_bound()：用于在有序序列中查找第一个大于等于该值的元素（包括目标值本身），并返回一个指向该位置的迭代器

如果目标值在序列中多次出现，返回第一个出现的位置
如果目标值在序列中不存在，它将返回指向比目标值大的第一个元素位置，或者返回 last

upper_bound()：用于在有序序列中查找第一个大于该值的元素（不包括目标值本身），并返回一个指向该位置的迭代器

如果目标值在序列中多次出现，返回第一个大于目标值的位置
如果目标值在序列中不存在，它将返回与 lower_bound() 一样的位置

一样是前闭后开的原则，且他们都用的是二分查找的方法

7 仿函数

仿函数专门为算法服务，设计成一个函数/仿函数是为了能传入算法

STL中的每个仿函数都继承了 binary_function / unary_function—— 融入到STL中

STL规定每个 Adaptable Function（之后可以改造的函数）都应该继承其中一个（因为之后 Function Adapter 将会提问）

// 一个操作数的操作，例如“!”
template <class Arg, class Result>
struct unary_function
{typedef Arg argument_type;typedef Result result_type;
};// 两个操作数的操作，例如“+”
template <class Arg1, class Arg2, class Result>
struct binary_function
{typedef Arg1 first_argument_type;typedef Arg2 second_argument_type;typedef Result result_type;
};// 理论大小都是0，实际上可能是1（如果有人继承，那就一定是0）

仿函数是我们自己可能会写的，所以自己写的时候，如果想要融入STL，就要继承上面的两个之一

8 适配器

适配器 Adapter 只是一个小变化，比如改个接口，函数名称等等
其出现在三个地方：仿函数适配器，迭代器适配器，容器适配器
可以使用继承 / 复合的两种方式实现，STL中都用复合

其思想就是将该记的东西记起来，然后看要怎么样去改造它，以便日后使用

8.1 容器适配器

stack，queue 都是属于 deque 的 Adapter

比如 stack 中将 deque 的 push_back 改名为 push

8.2 函数适配器

8.2.1 binder2nd

binder2nd —— 绑定第二参数

这个例子的OP就是less<int>

1.先是传给bind2nd函数

2.bind2nd生成binder2nd对象

3.对象里面记录op是less<int>，第二参数是40

4.然后都搞定以后返回一个函数对象op（其实返回的是op调用小括号重载运算符，这是一个函数对象）给到count_if作为第三参数，然后继续执行程序

// 数范围内所有小于40的元素个数
cout << count_if(vi.begin(), vi.end(), bind2nd(less<int>(), 40));// 辅助函数bind2nd，使用方便
// 编译器自动推动op的类型（函数模板）
template <class Operation, class T>
inline binder2nd<Operation> bind2nd(const Operation& op, const T& x)
{typedef typename Operation::second_argument_type arg2_type;// 调用ctor生成一个binder2nd临时对象并返回return binder2nd<Operation>(op, arg2_type(x)); 
}// binder2nd适配器：将二元函数对象转换为一元函数对象
template <class Operation>
class binder2nd : public unary_function<typename Operation::first_argument_type,typename Operation::result_type>
// 可能binder2nd也要被改造，要回答问题
{
protected:Operation op; // 内部成员，记录op和第二实参typename Operation::second_argument_type value;
public:binder2nd(const Operation& x, const typename Operation::second_argument_type& y): op(x), value(y) {} // ctor，将op和第二实参记录下来typename Operation::result_typeoperator()(const typename Operation::first_argument_type& x) const{return op(x, value); // 实际调用op，第二实参为value}
};

当然还有：binder1st —— 绑定第二参数

新型适配器：bind，代替了 bind1st，bind2nd，binder1st，binder2nd

8.2.2 not1

not1 —— 否定

// 数范围内所有大于等于40的元素个数
cout << count_if(vi.begin(), vi.end(), not1(bind2nd(less<int>(), 40)));

8.2.3 bind

C++11提供的 Adapter，其可以绑定：

functions
function objects
member functions
data members

测试函数 / 对象

// functions
double my_divide(double x, double y)
{return x/y;
}// function objects 测试与functions同理
// divides<double> my_divide;struct MyPair
{// data membersdouble a, b;// member functionsdouble multiply(){return a*b;}
};

占位符 placeholders：
using namespace std::placeholders;
提供了 _1，_2，_3，·······

下面的的 _1 指的是被绑函数中的第一个参数

binding functions / function objects 测试

单纯将两个整数 10，2 绑定到 my_divide

auto fn_five = bind(my_divide, 10, 2);
cout << fn_five() << endl; // 5.0

用 _1 占据第一参数，第二参数绑定2，即 x/2

auto fn_half = bind(my_divide, _1, 2);
cout << fn_half(10) << endl; // 5.0

用 _1 占据第一参数，_2 占据第二参数，即 y/x

auto fn_invert = bind(my_divide, _2, _1);
cout << fn_invert(10, 2) << endl; // 0.2

给 bind 指定了一个模板参数 int，将 my_divide 的返回类型变为 int，即 int(x/y)

auto fn_rounding = bind<int>(my_divide, _1, _2);
cout << fn_rounding(10, 3) << endl; // 3

binding member functions / data members 测试

MyPair ten_two {10, 2}; 用C++11的新语法定义一个实例

当函数是类的成员函数时，直接使用函数名并不能获取其地址（因为成员函数隐含地需要一个类的实例来调用），而是需要使用特定的语法来获取指向成员函数的指针。这时，&的使用就显得尤为重要了。对于普通的全局函数或静态成员函数，直接使用函数名和加&都可以获取其地址。
- 绑定 member functions，由于成员函数有 this，所以 _1 就相当于 this，即 x.multiply()
```
auto bound_memfn = bind(&MyPair::multiply, _1);
cout << bound_memfn(ten_two) << endl; // 20
```
- 绑定 data members，绑定是谁的数据
  
  把实例 ten_two 绑定到 a，即 ten_two.a
```
auto bound_memdata = bind(&MyPair::a, ten_two);
cout << bound_memdata() << endl; // 10
```
  用占位符绑定，即 x.a
```
auto bound_member_data2 = bind(&MyPair::b, _1);
cout << bound_member_data2(ten_two) << endl;
```

8.3 迭代器适配器

8.3.1 reverse_iterator

注意：对逆向迭代器取值，就是取其所指正向迭代器的前一个位置

template <class Iterator>
class reverse_iterator
{
protected:Iterator current;
public:// 五个associated types与对应的正向迭代器相同typedef Iterator iterator_type; // 代表正向迭代器typedef reverse_iterator<Iterator> self; // 代表逆向迭代器
public:explicit reverse_iterator(iterator_type x) : current(x) {}reverse_iterator(const self& x) : current(x.current) {}iterator_type base() const { return current; } // 取出正向迭代器// 对逆向迭代器取值，就是取其所指正向迭代器的前一个位置reference operator*() const { Iterator tmp = current; return *--tmp; }pointer operator->() const { return &(operator*()); } // 同上// 前进变后退，后退变前进self& operator++(){ --current; return *this; }self& operator--(){ ++current; return *this; }self operator+(difference_type n)const{ return self(current-n); }self operator-(difference_type n)const{ return self(current+n); }
};

8.3.2 inserter

对于 copy(InputIterator first, InputIterator last, OutputIterator result)，其会不管 OutputIterator 后是否有充裕空间，对 result 开始依次赋值

但如果使用 inserter，就会有如下用 copy 实现的插入的效果

list<int> foo, bar;
for (int i = 1; i <= 5; i++)
{foo.push_back(i);bar.push_back(i*10);
}list<int>::iterator it = foo.begin();
advance(it, 3);copy(bar.begin(), bar.end(), inserter(foo, it));

注：其是 output_iterator_tag

其实现原理核心就是 —— 对 = 的操作符重载

insert_iterator<Container>&
operator=(const typename Container::value_type& val)
{// 关键：转调用insert()iter = container->insert(iter, val);++iter; // 使其一直随target贴身移动return *this;
}

8.4 X适配器

8.4.1 ostream_iterator

其会将 copy 变为一个输出工具，分隔符是 ,

vector<int> vec = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };ostream_iterator<int> out_it(cout, ",");
copy(vec.begin(), vec.end(), out_it); // 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,

其核心依然是操作符重载，这样就相当于 cout<<*first; cout<<",";

basic_ostream<charT,traits>* out_stream;
const charT* delim;...ostream_iterator<T, charT, traits>& operator=(const T& value)
{*out_stream << value;if(delim!=0) *out_stream << delim; // 分隔符delimiterreturn *this;
}ostream_iterator<T,charT,traits>& operator*(){return *this;}
ostream_iterator<T,charT,traits>& operator++(){return *this;}...

其中 out_stream 存的 cout，delim 存的 ,

8.4.2 istream_iterator

例一：

在创建 iit 的时候就已经把所有的键盘输入读进去了，之后就是一个一个取出来赋值给 value 的操作

double value1, value2;
istream_iterator<double> eos; // end of stream iterator
istream_iterator<double> iit(cin); // 相当于cin>>value
if(iit != eos)value1 = *iit; // 相当于return value
iit++; // 迭代器不断++，就是不断地读内容
if(iit != eos)value2 = *iit;

例二：

从 cin 读 data，插入到目的容器

istream_iterator<double> eos; // end of stream iterator
istream_iterator<double> iit(cin);copy(iit, eos, inserter(c,c.begin()));

原理依旧是大量的**操作符重载 **—— 就可以改变原函数的作用

basic_istream<charT, traits>* in_stream;
T value;...istream_iterator():in_stream(0){} // eos
istream_iterator(istream_type& s):in_stream(&s){++*this;} // 进++istream_iterator<T,charT,traits,Distance>& operator++()
{if(in_stream && !(*in_stream >> value)) // 开始读了in_stream = 0;return *this;
}
const T& operator*() const { return value; }...

9 STL周围

9.1 万用Hash Function

Hash Function的常规写法：其中 hash_val 就是万用Hash Function

class CustumerHash
{ 
public:size_t operator()(const Customer& c) const{ return hash_val(c.fname(), c.lname(), c.no()); }
};

还可以直接用函数实现，或者写一个 hash 的特化版本

原理：

通过三个函数重载实现从给入数据中逐一提取来不断改变 seed

// 第一个函数 首先进入该函数
template <typename... Types>
inline size_t hash_val(const Type&... args)
{size_t seed = 0; // 设置初始seedhash_val(seed, args...); // 进入第二个函数return seed; // seed就是最后的HashCode
}// 第二个函数 该函数中逐一提取一个参数
template <typename T, typename... Types>
inline void hash_val(size_t& seed, const T& val, const Types&... args)
{hash_combine(seed, val); // 逐一取val，改变seedhash_val(seed, args...); // 递归调用自己，直到取完进入第三个函数
}// 第三个函数
template <typename T>
inline void hash_val(size_t& seed, const T& val)
{hash_combine(seed, val); // 取最后一个val，改变seed
}// 改变seed的函数
template <typename T>
inline void hash_combine(size_t& seed, const T& val)
{// 乱七八糟的运算，越乱越好seed ^= hash<T>()(val) + 0x9e3779b9 + (seed<<6) + (seed>>2);
}

最后的seed就是hash code

C++11中 variadic templates：

从传入的内容（任意个数，任意元素类型）分为一个和其他，递归再分为一个和其他······

0x9e3779b9：是黄金比例！

C++11及其后续版本并没有为每个类型都自动提供哈希函数，但它确实为一些标准类型提供了std::hash的特化，并且允许开发者为用户定义的类型提供自己的std::hash特化。

9.2 Tuple

可以将一些东西组合在一起

9.2.1 用例

创建 tuple

tuple<string, int, int, complex<double>> t; tuple<int, float, string> t1(41, 6.3, "nico"); auto t2 = make_tuple(22, 44, "stacy");

输出 tuple

// 输出t1中的第一个
cout << get<0>(t1) << endl; // 41
cout << t << endl; // 在VS2022上并没有<<的重载 需要自己写一个重载

运算

t1 = t2;if(t1 < t2) // 以特定的方式进行的比较 里面的东西拿出来一个一个比
{...
}

绑定解包

tuple<int, float, string> t3(77, 1.1, "more light");
int i;
float f;
string s;tie(i, f, s) = t3; // i == 77, f == 1.1, s == "more light"

// tuple里有多少类型
tuple_size< tuple<int, float, string> >::value; // 3// 取tuple里面的类型，前面一堆代表float
tuple_element<1, TupleType>::type fl = 1.0; // float fl = 1.0;

9.2.2 原理

依然是使用 variadic templates，通过递归继承，不断从 ... 中提取内容

// 空的tuple
template <> class tuple<> {}; // 直到取完// tuple主体
template <typename Head, typename... Tail>
class tuple<Head, Tail...>: private tuple<Tail...> // 递归继承
{typedef tuple<Tail...> inherited;
public:tuple() {}tuple(Head v, Tail... vtail) : m_head(v), inherited(vtail...) {}...
protected:Head m_head; // 每次取出的元素
};

👈🏻不断的继承就可以实现不同类型的组合了

其余函数：

...
{
public:...Head head() { return m_head; }inherited& tail() { return *this; } // 通过转型获得Tail部分...
};

一般不这么用

出去head的41，剩下的都是tail部分，所以出来的是6.3

9.3 type traits

9.3.1 用例

GCC2.9中：

默认的 __type_traits 进行了一系列泛化的设定（trivial 是不重要的意思）

 struct __true_type {};
struct __false_type {};template <class type>
struct __type_traits
{typedef __true_type this_dummy_member_must_be_first;typedef __false_type has_trivial_default_constructor;typedef __false_type has_trivial_copy_constructor;typedef __false_type has_trivial_assignment_operator;typedef __false_type has_trivial_destructor;typedef __false_type is_POD_type; // Plain Old Data 类似C的struct
};

还会通过特化来实现针对不同类型的设定，例

template <> struct __type_traits<int>
{typedef __true_type has_trivial_default_constructor;typedef __true_type has_trivial_copy_constructor;typedef __true_type has_trivial_assignment_operator;typedef __true_type has_trivial_destructor;typedef __true_type is_POD_type;
};

C++11中：
有了很多个 type traits，可以回答更多问题

测试：

cout << is_void<T>::value << endl;
cout << is_integral<T>::value << endl;
cout << is_floating_point<T>::value << endl;
cout << is_array<T>::value << endl;
...

不论是什么类型都可以自动检测它的 traits，非常厉害！（里面有虚函数——就能自动检测出它有多态性）

9.3.2 原理

模板的作用

例 is_integral

依然是采用的一种问答的方式实现的

template <typename _Tp>
struct is_integral:public __is_intagral_helper<typename remove_cv<_Tp>::type>::type
{ };

首先 remove_cv（const 和 volatile）

// 通过偏特化实现remove const
template <typename _Tp>
struct remove_const
{ typedef _Tp type };template <typename _Tp>
struct remove_const<_Tp const>
{ typedef _Tp type };// remove volatile 同理

再通过 __is_intagral_helper 进行问答

// 通过偏特化实现
template <typename>
struct __is_integral_helper:public false_type { };template <>
struct __is_integral_helper<bool>:public true_type { };template <>
struct __is_integral_helper<int>:public true_type { };template <>
struct __is_integral_helper<long>:public true_type { };...

其他深入 class 内部的一些 traits 比如是否有虚函数，是否是一个类，是否是POD等等，其实现可能都与编译器有关

9.4 move

moveable class 中有：

// move ctor
MyString(MyString&& str) noexcept // 用&&与普通版本区别开: _data(str._data), _len(str._len)
{str._len = 0;str._data = NULL; // 避免析构函数释放资源
}// move assignment
MyString& operator=(MyString&& str) noexcept
{if (this != &str){_len = str._len;_data = str._data;str._len = 0;str._data = NULL; // 避免析构函数释放资源}return *this;
}// dtor
virtual ~MyString()
{if(_data) delete _data; // 一定要检查
}MyString C11(C1); // ctor
MyString C12(move(C1)); // move ctor

是浅拷贝，并且把之前的指向去除了

对于 vector 这样的容器，其用 move 就只是 swap 了三根指针，非常快！

move 之后原来的东西不能再使用

拿数据插入容器，用临时对象，编译器看到就会自动使用 move 版本的

MyString C11(C1); 时，创建了一个实例 C11，编译器就不知道是否能用 move，就需要自己 MyString C12(move(C1)); 使用 move，但注意之后一定不能用原来的 C1