Другие ассоциативные контейнеры
Класс-контейнер мультикарты — это класс карты, не ограниченный уникальностью ключей. Это значит, что одно и то же ключевое значение могут иметь не один, а несколько элементов.
Класс-контейнер множества также подобен классу карты. Единственное отличие в том, что его элементы представляют собой не пары ключ-значение, а только ключи.
Наконец, класс-контейнер мультимножества — это класс множества, который позволяет иметь несколько ключевых значений.
Классы алгоритмов
Контейнер — это удобное место для хранения последовательности элементов. Все стандартные контейнеры содержат методы управления контейнерами и их элементами. Однако манипулирование собственными данными в программах с помощью этих методов может потребовать от программиста написания обширного программного кода, что чревато появлением ошибок. Но поскольку большинство операций, выполняемых над данными, рутинны и повторяются от программы к программе, то подборка универсальных алгоритмов может существенно облегчить написание программ обработки данных контейнера. Стандартная библиотека предоставляет около 60 стандартных алгоритмов, которые выполняют большинство базовых и часто используемых операций, характерных для контейнеров.
Стандартные алгоритмы определены в файле <algorithm> в пространстве имен std.
Чтобы понять, как работают стандартные алгоритмы, необходимо познакомиться с понятием объектов функций. Объект функции — это экземпляр класса, в котором определен перегруженный оператор вызова функции(). В результате этот класс может вызываться как функция. Использование объекта функции показано в листинге 19.11.
Листинг 19.11. объект функции
1: #include <iostream>
2: using namespace std;
3:
4: template<class T>
5: class Print {
6: public:
7: void operator()(const T& t)
8: {
9: cout << t << " ";
10: }
11: };
12:
13: int main()
14: {
15: Print<int> DoPrint;
16: for (int i = 0; i < 5; ++i)
17: DoPrint(i);
18: return 0;
19: }
Результат: 0 1 2 3 4
Анализ: В строках 4—11 определяется шаблонный класс Print. Перегруженный в строках 7—10 оператор вызова функции () принимает объект и перенаправляет его в стандартный поток вывода. В строке 15 определяется объект DoPrint как экземпляр класса Print. После этого, чтобы вывести на печать любые целочисленные значения, объект DoPrint можно использовать подобно обычной функции, как показано в строке 17.
Операции, не изменяющие последовательность
Операции, не изменяющие последовательность данных в структуре, реализуются с помощью таких функций, как for_each() и find(), search(), count() и т.д. В листинге 19.12 показан пример использования объекта функции и алгоритм for_each, предназначенный для печати элементов вектора.
Листинг 18.12. Использование алгоритма for_each()
1: #include <iostream>
2: #include <vector>
3: #include <algorithm>
4: using namespace std;
5:
6: template<class T>
7: class Print
8: {
9: public:
10: void operator()(const T& t)
11: {
12: cout << t << " ";
13: }
14: };
15:
16: int main()
17: {
18: Print<int> DoPrint;
19: vector<int> vInt(5);
20:
21: for (int i = 0; i < 5; ++i)
22: vInt[i] = i * 3;
23:
24: cout << "for_each()n";
25: for_each(vInt.begin(), vInt.end(), DoPrint);
26: cout << "n";
27:
28: return 0;
29: }
Результат:
for_each()
0 3 6 9 12
Анализ: Обратите внимание, что все стандартные алгоритмы C++ определены в файле заголовка <algorithm>, поэтому следует включить его в нашу программу. Большая часть программы не должна вызывать никаких трудностей. В строке 25 вызывается функция for_each(), чтобы опросить каждый элемент в векторе vInt. Для каждого элемента она вызывает объект функции DoPrint и передает этот элемент оператору DoPrint.operator(), что приводит к выводу на экран значения данного элемента.
Алгоритмы изменения последовательности
Под изменением последовательности понимают изменение порядка элементов в структуре данных. Изменять последовательность способны операции, связанные с заполнением или переупорядочением коллекций. Алгоритм заполнения показан в листинге 19.13.
Листинг 19.13. Алгоритм изменения последовательности
1: #include <iostream>
2: #include <vector>
3: #include <algorithm>
4: using namespace std;
5:
6: template<class T>
7: class Print
8: {
9: public:
10: void operator()(const T& t)
11: {
12: cout << t << " ";
13: }
14: };
15:
16: int main()
17: {
18: Print<int> DoPrint;
19: vector<int> vInt(10);
20:
21: fill(vInt.begin(), vInt.begin()+5, 1);
22: fill(vInt.begin() + 5, vInt.end(), 2);
23:
24: for_each(vInt.begin(), vInt.end(), DoPrint);
25: cout << "nn";
26:
27: return 0;
28: }
Результат: 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2
Анализ: Единственная новая деталь в этом листинге содержится в строках 21 и 22, где используется алгоритм fill(). Алгоритм заполнения предназначен для заполнения элементов последовательности заданным значением. В строке 21 целое значение 1 присваивается первым пяти элементам в векторе vInt. А последним пяти элементам вектора vInt присваивается целое число 2 (в строке 22).
Резюме
Сегодня вы узнали, как создавать и использовать шаблоны — встроенное средство языка C++, используемое для создания параметризованных типов, т.е. типов, которые изменяют свое выполнение в зависимости от параметров, переданных при создании класса. Таким образом, шаблоны - это возможность многократного использования программного кода, причем безопасным и эффективным способом,
В определении шаблона устанавливается параметризованный тип, Каждый экземпляр шаблона — это реальный объект, который можно использовать подобно любому другому объекту: в качестве параметра функции, возвращаемого значения и т.д.
Классы шаблонов могут объявлять три типа функций-друзей: не относящихся к шаблону, шаблонных и специализированных по типу. В шаблоне можно объявлять статические члены. Тогда каждый экземпляр шаблона будет иметь собственный набор статических данных.
Если нужно специализировать выполнение функции шаблона в зависимости от типа, то ее можно замещать для разных типов.
Вопросы и ответы
Чем использование шаблонов лучше использования макросов?
Шаблоны обеспечивают более безопасное использование разных типов и встроены в язык.
Какова разница между параметризованным типом функции шаблона и параметрами обычной функции?
Обычная функция (не шаблонная) принимает параметры, с которыми может выполнять заданные действия. Функция шаблона позволяет с помощью параметра шаблона устанавливать тип передаваемого параметра функции. Так, в функцию можно передать массив объектов, тип которых будет уникален для разных экземпляров шаблона.
Когда следует использовать шаблоны, а когда наследование?
Используйте шаблоны в том случае, когда все или почти все выполнение класса остается неизменным, а изменяется только тип данных, используемых в классе.
Когда использовать дружественные шаблонные классы и функции?
Когда каждый экземпляр, независимо от типа, должен быть другом по отношению к этому классу или функции.
Когда использовать дружественные шаблонные классы или функции, специализированные по типу?
Когда между двумя классами нужно установить отношения по типу один-к-одному. Например, массив array<lnt> должен соответствовать итератору iterator<int>, но не iterator<Animal>.
Каковы два типа стандартных контейнеров?
Последовательные и ассоциативные контейнеры. Последовательные контейнеры обеспечивают оптимизированный последовательный и произвольный доступ к своим элементам. Ассоциативные контейнеры обеспечивают оптимизированный доступ к элементам на основе ключевых значений.
Какими атрибутами должен обладать класс, чтобы его можно было использовать со стандартными контейнерами?
В классе должны быть явно определены стандартный конструктор, конструктор- копировщик и перегруженный оператор присваивания.
Коллоквиум
В этом разделе предлагаются вопросы для самоконтроля и укрепления полученных знаний, а также ряд упражнений, которые помогут закрепить ваши практические навыки. Попытайтесь самостоятельно ответить на вопросы теста и выполнить задания, а потом сверьте полученные результаты с ответами в приложении Г. Не приступайте к изучению материала следующей главы, если для вас остались неясными хотя бы некоторые из предложенных ниже вопросов.
