STL实践指南(上)

STL实践指南(上)

原创人：Jeff Bogan 

译者注
这是一篇指导您如何在Microsoft Visual Studio下学习STL并进行实践的文章。这篇文章从STL的基础知识讲起，循序渐进，逐步深入，涉及到了STL编写代码的方法、STL代码的编译和调试、命名空间（namespace）、STL中的ANSI / ISO字符串、各种不同类型的容器（container）、模板（template）、游标（Iterator）、算法（Algorithms）、分配器（Allocator）、容器的嵌套等方面的问题，作者在这篇文章中对读者提出了一些建议，并指出了使用STL时应该注意的问题。这篇文章覆盖面广，视角全面。不仅仅适合初学者学习STL，更是广大读者使用STL编程的实践指南。

STL简介

STL (标准模版库，Standard Template Library)是当今每个从事C++编程的人需要掌握的一项不错的技术。我觉得每一个初学STL的人应该花费一段时间来熟悉它，比如，学习STL时会有急剧升降的学习曲线，并且有一些命名是不太容易凭直觉就能够记住的（也许是好记的名字已经被用光了），然而如果一旦你掌握了STL，你就不会觉得头痛了。和MFC相比，STL更加复杂和强大。
STL有以下的一些优点：

可以方便容易地实现搜索数据或对数据排序等一系列的算法；

调试程序时更加安全和方便；

即使是人们用STL在UNIX平台下写的代码你也可以很容易地理解（因为STL是跨平台的）。

背景知识

写这一部分是让一些初学计算机的读者在富有挑战性的计算机科学领域有一个良好的开端，而不必费力地了解那无穷无尽的行话术语和沉闷的规则，在这里仅仅把那些行话和规则当作STLer们用于自娱的创造品吧。

使用代码
本文使用的代码在STL实践中主要具有指导意义。

一些基础概念的定义

模板（Template）——类（以及结构等各种数据类型和函数）的宏（macro）。有时叫做甜饼切割机（cookie cutter），正规的名称应叫做范型（generic）——一个类的模板叫做范型类（generic class），而一个函数的模板也自然而然地被叫做范型函数（generic function）。
STL——标准模板库，一些聪明人写的一些模板，现在已成为每个人所使用的标准C++语言中的一部分。
容器（Container）——可容纳一些数据的模板类。STL中有vector，set，map，multimap和deque等容器。
向量（Vector）——基本数组模板，这是一个容器。
游标（Iterator）——这是一个奇特的东西，它是一个指针，用来指向STL容器中的元素，也可以指向其它的元素。

Hello World程序

我愿意在我的黄金时间在这里写下我的程序：一个hello world程序。这个程序将一个字符串传送到一个字符向量中，然后每次显示向量中的一个字符。向量就像是盛放变长数组的花园，大约所有STL容器中有一半是基于向量的，如果你掌握了这个程序，你便差不多掌握了整个STL的一半了。

//程序：vector演示一
//目的：理解STL中的向量

以下是代码片段：
// #include "stdafx.h" -如果你使用预编译的头文件就包含这个头文件 
#include <vector>  // STL向量的头文件。这里没有".h"。 
#include <iostream>  // 包含cout对象的头文件。 
using namespace std;  //保证在程序中可以使用std命名空间中的成员。 
char* szHW = "Hello World";   
//这是一个字符数组，以”/0”结束。 
int main(int argc, char* argv[]) 
{ 
  vector <char> vec;  //声明一个字符向量vector (STL中的数组)  
  //为字符数组定义一个游标iterator。 
  vector <char>::iterator vi; 
  //初始化字符向量，对整个字符串进行循环， 
  //用来把数据填放到字符向量中，直到遇到”/0”时结束。 
  char* cptr = szHW;  // 将一个指针指向“Hello World”字符串 
  while (*cptr != ’/0’) 
  {  vec.push_back(*cptr);  cptr++;  } 
  // push_back函数将数据放在向量的尾部。 
  // 将向量中的字符一个个地显示在控制台 
  for (vi=vec.begin(); vi!=vec.end(); vi++)   
  // 这是STL循环的规范化的开始——通常是 "!=" ， 而不是 "<" 
  // 因为"<" 在一些容器中没有定义。  
  // begin()返回向量起始元素的游标（iterator），end()返回向量末尾元素的游标（iterator）。 
  {  cout << *vi;  }  // 使用运算符 “*” 将数据从游标指针中提取出来。 
  cout << endl;  // 换行 
  return 0; 
} 
push_back是将数据放入vector（向量）或deque（双端队列）的标准函数。Insert是一个与之类似的函数，然而它在所有容器中都可以使用，但是用法更加复杂。end()实际上是取末尾加一（取容器中末尾的前一个元素），以便让循环正确运行——它返回的指针指向最靠近数组界限的数据。就像普通循环中的数组，比如for (i=0; i<6; i++) {ar[i] = i;} ——ar[6]是不存在的，在循环中不会达到这个元素，所以在循环中不会出现问题。

STL的烦恼之一——初始化

STL令人烦恼的地方是在它初始化的时候。STL中容器的初始化比C/C++数组初始化要麻烦的多。你只能一个元素一个元素地来，或者先初始化一个普通数组再通过转化填放到容器中。我认为人们通常可以这样做：

//程序：初始化演示
//目的：为了说明STL中的向量是怎样初始化的。

以下是代码片段：
#include <cstring>  // <cstring>和<string.h>相同 
#include <vector> 
using namespace std; 
int ar[10] = {  12, 45, 234, 64, 12, 35, 63, 23, 12, 55  }; 
char* str = "Hello World"; 
int main(int argc, char* argv[]) 
{ 
  vector <int> vec1(ar, ar+10); 
  vector <char> vec2(str, str+strlen(str)); 
  return 0; 
} 
在编程中，有很多种方法来完成同样的工作。另一种填充向量的方法是用更加熟悉的方括号，比如下面的程序：

//程序：vector演示二
//目的：理解带有数组下标和方括号的STL向量

以下是代码片段：
#include <cstring> 
#include <vector> 
#include <iostream> 
using namespace std; 
char* szHW = "Hello World"; 
int main(int argc, char* argv[]) 
{ 
  vector <char> vec(strlen(sHW)); //为向量分配内存空间 
  int i, k = 0; 
  char* cptr = szHW; 
  while (*cptr != ’/0’) 
  {  vec[k] = *cptr;  cptr++;  k++;  } 
  for (i=0; i<vec.size(); i++) 
  {  cout << vec[i];  } 
  cout << endl; 
  return 0; 
} 
这个例子更加清晰，但是对游标（iterator）的操作少了，并且定义了额外的整形数作为下标，而且，你必须清楚地在程序中说明为向量分配多少内存空间。

命名空间（Namespace）

与STL相关的概念是命名空间（namespace）。STL定义在std命名空间中。有3种方法声明使用的命名空间：

1．用using关键字使用这个命名空间，在文件的顶部，但在声明的头文件下面加入：
using namespace std;
这对单个工程来说是最简单也是最好的方法，这个方法可以把你的代码限定在std命名空间中。

2．使用每一个模板前对每一个要使用的对象进行声明（就像原形化）：
using std::cout;
using std::endl;
using std::flush;
using std::set;
using std::inserter;
尽管这样写有些冗长，但可以对记忆使用的函数比较有利，并且你可以容易地声明并使用其他命名空间中的成员。

3．在每一次使用std命名空间中的模版时，使用std域标识符。比如：
typedef std::vector VEC_STR;
这种方法虽然写起来比较冗长，但是是在混合使用多个命名空间时的最好方法。一些STL的狂热者一直使用这种方法，并且把不使用这种方法的人视为异类。一些人会通过这种方法建立一些宏来简化问题。

除此之外，你可以把using namespace std加入到任何域中，比如可以加入到函数的头部或一个控制循环体中。

一些建议

为了避免在调试模式（debug mode）出现恼人的警告，使用下面的编译器命令：

#pragma warning(disable: 4786)

另一条需要注意的是，你必须确保在两个尖括号之间或尖括号和名字之间用空格隔开，因为是为了避免同“>>”移位运算符混淆。比如
vector <list<int>> veclis;
这样写会报错，而这样写：
vector <list <int> > veclis;
就可以避免错误。