C++ primer第二次阅读学习笔记（第11章:泛型算法）

第十一章：泛型算法

 标准库容器定义的算法很少，而是选择提供一组算法.。泛型是指这些算法不依赖特定的容器类型，可作用在不同类型的容器和不同类型的元素上。不但可以作用在list和vector上还可以作用在内置数组上。

   迭代器将算法和容器绑定起来。大多数算法是通过遍历有两个迭代器标记的一段元素来实现其功能。

find函数，接受两个迭代器和一个值作为参数，它检查两个迭代器实参标记范围内的每一个元素，只要找到与给定值相等的元素，就会返回指向该元素的迭代器，如果没有匹配元素，find就返回它的第二个迭代器实参，表示查找失败。

类似的，由于指针的行为与作用在内置数组上的迭代器一样，因此也可以使用find来搜索数组。

标准算法固有的独立于类型，它与容器的类型无关，但是算法只在一点上隐式的依赖于元素类型：必须能够对元素做比较运算。泛型算法用迭代器遍历容器，所有迭代器都支持自增操作符，从一个元素定位到下一个元素，并提供解引用操作符访问元素的值。大多数情况下，每个算法都需要（至少）两个迭代器来指出该算法操纵的元素范围，第一个迭代器指向第一个元素，第二个迭代器指向最后一个元素的下一个位置，它是被用作终止遍历的哨兵。它也被用作返回值，表示没有找到要查找的元素。默认情况下，find函数要求元素类型定义了相等操作符，算法使用这个操作符来比较元素，如果元素不支持相等操作符，或者打算用不同的方法来比较元素，可以使用第二个版本的find函数，它需要一个额外的参数：比较函数名。

标准库提供超过100中算法，它们都有一致的结构。

泛型算法是基于迭代器及其操作实现，而并非基于容器操作。使用普通的迭代器时，算法不修改容器的大小，它也许会改变存储在容器中元素的值，也许会在容器内移动元素，但是它从不直接添加或删除元素。

使用算法标准库要包含algorithm头文件。

find和accumulate算法为只读算法。它只会读取一段范围的元素，而不会修改这些元素。accumulate带有三个形参，头两个指定要累加的范围，第三个则是累加的初值，函数返回计算结果。accumulate对要累加的类型一无所知，因此该函数必须传递一个起始值，否则accumulate将不知道使用什么起始值，其次，容器内的元素类型必须与第三个实参的类型匹配，或者可转换为第三个实参的类型。

使用find_first_of时，两对迭代器类型可以不必相同，如第一对时list容器的迭代器，第二对是vector类型的迭代器。但只要它们指向的元素可以比较就可以。

一些算法会将数据写入输入序列。必须要保证迭代器所标记的范围至少足以存储要写入的元素。

如fill函数，带有一对迭代器用于指定写入的范围，第三个形参为要写入的值。而fill_n参数为：一个迭代器，一个计数器，一个值。此时应注意，不要使迭代器越界访问。

back_inserter，插入迭代器用于给基础容器添加元素的迭代器，通常用普通迭代器时，被赋的值是迭代器所值相等的元素，而使用插入迭代器赋值时，则会在容器添加一个元素。

back_inserter是迭代器适配器，与容器适配器一样，迭代器适配器是用一个对象作为实参，并生成一个适应其实参行为的新迭代器。如

vector<int> vec;

back_inserter(vec);//插入迭代器将生成一个绑定到vec对象的插入迭代器，试图使用这个迭代器赋值时，赋值运算将调用push_back在容器中添加一个具有指定值的元素。

如：fill_n(back_inserter(vec),10,0);

copy函数向目标迭代器写入一定数量的元素。copy带有三个迭代器参数，头两个指定输入的范围，第三个指向目标序列的一个元素，传递给copy的目标序列必须至少要与输入的范围一样大。

replace算法，带有四个形参：一对迭代器指定输入范围的迭代器和两个值。每一个等于第一个值得元素将被替换为第二个值。

sort算法带有两个迭代器形参，指出要排序的范围，这个算法使用<操作符比较元素。

unique算法，带有两个指定元素范围的迭代器参数，该算法“删除”相邻的重复的元素，然后重新排列。之所以加引号是因为，它是将无重复的元素复制到序列的前段，覆盖了相邻的重复元素，它的返回值为迭代器，它指向超出无重复的元素范围末端的下一位置。

标准库定义了四种不同的排序算法，除了sort外还有stable_sort，稳定排序保留了相等元素的相对位置。sort和stable_sort都有两个版本，另一个版本带有第三个形参：比较所使用的函数的名字。这个函数必须接受两个实参，实参的类型必须与元素类型相同，并返回一个用作条件检测的值。具体可以参考附录A:标准库。

前面已经简要的介绍了迭代器，其实C++语言还提供了另外三种迭代器：

1：插入迭代器：迭代器适配器，与容器绑定在一起，产生与该容器绑定的插入迭代器，用于实现在容器中插入元素。

2：iostream迭代器：与输入或输出流绑定到一起，用于遍历所关联的IO流。

3：反向迭代器：用于实现从后向前遍历，所有容器类型都有定义了自己的反向迭代器类型。由rbegin和rend返回。

插入迭代器，创建一个迭代器，用来给容器添加元素，它是一种迭代器适配器，带有一个容器参数，并生成一个迭代器，用于在容器中插入元素。通过插入迭代器赋值时，迭代器将会插入一个新的元素。

C++提供三种插入器，其差别在于插入的元素位置不同。

back_inserter：创建使用push_back实现插入的迭代器。

front_inserter：使用push_front实现插入。

inserter：使用insert实现插入，它还带有第二个参数：要插入的位置迭代器。

front_inserter的操作类似于back_inserter，该函数创建一个迭代器，调用它所关联的基础容器的push_front成员函数代替赋值操作。因此只有当容器提供push_front时，才能使用front_inserter。所以vector是不可以使用的。

inserter将产生在指定位置实现插入的迭代器。inserter函数总是在它的迭代器实参所标明的位置之前插入元素。

iostream虽然不是容器，但是标准库同样提供了在iostream对象上使用的迭代器。istream_iterator用于读取输入流，ostream_iterator用于写入到输出流。使用流迭代器时，可以使用泛型算法从流对象中读取数据。

1：istream_iterator in(strm);//创建从输入流strm中读取T类型对象的istream_iterator对象。

2：istream_iterator<T> in;//istream_iterator对象的超出末端迭代器。

3：ostream_iterator<T> in(strm);//创建将T类型的对象写到输出流strm的ostream_iterator对象。

4：ostream_iterator<T> in(strm,delim);//创建将T类型的对象写到输出流strm的ostream_iterator对象，在写入的过程中使用delim作为元素的分隔符。delim是以空字符结束的字符数组。

流迭代器只定义了最基本的迭代器操作：自增、解引用和赋值。可以比较两个istream_iterator，但是ostream迭代器则不提供比较运算。

流迭代器都是类模板：任何已定义的操作符的类型都可以定义istream_iterator。类似的任何已定义输出操作符的类型也可以定义ostream_iterator。

如istream_iterator<int> cin_it(cin);//从cin读取int类型的对象。

ostream_iterator对象必须与特定的流绑定在一起。在创建istream_iterator时，可直接绑定到一个流上。另一种方法是在创建时不提供实参，该迭代器指向超出末端位置。

如：istream_iterator<in>end_of_stream；

但是ostream_iterator不提供超出末端迭代器。

构造与流绑定在一起的istream_iterator对象时，将对迭代器定位，以便第一次对该迭代器进行解引用时即可从流中读取第一个值。

如：

istream_iterator<int> in_iter(cin);

istream_iterator<int>eof;

while(in_iter!=eof)

   vec.push_back(*in_iter++);

该程序也可以这样写：

istream_iterator<int>in_iter(cin);

istream_iterator<int>eof;

vector<int>vec(in_iter,eof);

可以使用ostream_iterator对象将一个值写入到写入流中。其操作过程与使用迭代器将一组值赋给容器的元素相同。

ostream_iterator<string> out_iter(cout,"\n");

istream_iterator<string> in_iter(cin),eof;

while(in_iter!=eof)

*out_iter++=*in_iter++;

反向迭代器是一种反向遍历容器的迭代器。它从最后一个元素向第一个元素遍历容器，它还将自增（减）的含义反过来：对于反向迭代器，++运算将访问前一个元素，而--运算将访问下一个元素。

容器定义了rbegin和rend，分别返回指向容器尾元素和首元素前一位置的反向迭代器。反向迭代器也有常量和非常量。

例如为了降序排列vector可以向sort传递一对反向迭代器。

流迭代器不能创建反向迭代器。

反向迭代器调用成员函数base()将获得与反向迭代器指向相同元素的正向迭代器。

算法要求用于指定范围的两个迭代器具有完全一样的类型。调用m.end()返回的类型，依赖于m的类型。如果m为const对象则返回const_iterator类型，否则返回普通的迭代器。

算法要求的迭代器分为五个类别，分别为：

1：输入迭代器，读，不能写，只支持自增运算。只能顺序使用，一旦自增就不能检查之前的元素。

2：输出迭代器。写，不能读，只支持自增运算。对于指定的迭代器应该使用一次*运算，而且只能使用一次。

3：前向迭代器，读和写，只支持自增运算。用于读写指定的容器，这个迭代器只会以一个方向遍历序列。它支持对一个元素的多次读写。

4：双向迭代器，读和写，支持自增和自减运算。从两个方向读写容器。所有标准库提供的迭代器都至少达到双向迭代器的要求。

5：随机访问迭代器。读和写，支持完整的迭代器算术运算。提供在常量的时间内访问容器任意位置的功能。需要随机访问迭代器的泛型算法包括sort算法，vector，deque,string迭代器都是随机访问迭代器。用作访问数组元素的指针也是随机访问迭代器。

除了输出迭代器外，其他类别的迭代器形成了一个层次结构：需要低级类别迭代器的地方，可以使用任意一种更高级的迭代器。对于需要输入迭代器的算法，可传递向前、双向或随机访问迭代器。而需要随机访问迭代器时，必须传递随机访问迭代器。

map,set和list类型提供双向迭代器。而string，vector和deque容器上定义的迭代器是随机访问迭代器，用作内置数组元素的指针也是随机访问迭代器。istream_iterator是输入迭代器，ostream_iterator为输出迭代器。

注意：尽管map,set类型提供双向迭代器，但关联容器只能使用算法的一个子集，这是因为：关联容器的键是const对象。因此关联容器不能使用任何写序列元素的算法。