Библиотека STL содержит около десяти контейнеров и 60 алгоритмов, связанных с итераторами (см. главу 21). Кроме того, многие организации и отдельные лица создают контейнеры и алгоритмы в стиле библиотеки STL. Вероятно, библиотека STL в настоящее время является наиболее широко известным и широко используемым примером обобщенного программирования (см. раздел 19.3.2). Если вы знаете основы и несколько примеров, то сможете использовать и все остальное.
20.3.1. Вернемся к примерам
Посмотрим, как можно решить задачу “найти максимальный элемент” с помощью последовательности STL.
template<class Iterator>
Iterator high(Iterator first, Iterator last)
//
возвращает итератор на максимальный элемент в диапазоне [first:last]
{
Iterator high = first;
for (Iterator p = first; p!=last; ++p)
if (*high<*p) high = p;
return high;
}
Обратите внимание на то, что мы исключили локальную переменную
h
, которую до сих пор использовали для хранения максимального элемента. Если вам неизвестен реальный тип элементов последовательности, то инициализация
–1
выглядит совершенно произвольной и странной. Она действительно является произвольной и странной! Кроме того, такая инициализация представляет собой ошибку: в нашем примере число
1
оправдывает себя только потому, что отрицательных скоростей не бывает. Мы знаем, что “магические константы”, такие как
–1
, препятствуют сопровождению кода (см. разделы 4.3.1, 7.6.1, 10.11.1 и др.). Здесь мы видим, что такие константы могут снизить полезность функции и свидетельствовать о неполноте решения; иначе говоря, “магические константы” могут быть — и часто бывают — свидетельством небрежности.
Обобщенную функцию
high
можно использовать для любых типов элементов, которые можно сравнивать с помощью операции
<
. Например, мы могли бы использовать функцию
high
для поиска лексикографически последней строки в контейнере
vector<string>
(см. упр. 7).
Шаблонную функцию
high
можно применять к любой последовательности, определенной парой итераторов. Например, мы можем точно воспроизвести нашу программу.
double* get_from_jack(int* count); // Джек вводит числа типа double
. Это ничем не отличается от нашего предыдущего решения. Точнее, выполняемые коды этих программ ничем не отличаются друг от друга, хотя степень общности этих кодов разнится существенно. Шаблонная версия функции
high
может применяться к любому виду последовательности, определенной парой итераторов. Прежде чем углубляться в принципы библиотеки STL
и полезные стандартные алгоритмы, реализующие эти принципы, и для того чтобы избежать создания сложных кодов, рассмотрим несколько способов хранения коллекций данных.
ПОПРОБУЙТЕ
В этой программе снова сделана серьезная ошибка. Найдите ее, исправьте и предложите универсальный способ устранения таких проблем.
20.4. Связанные списки
Еще раз рассмотрим графическое представление последовательности.
Сравним его с визуализацией вектора, хранящегося в памяти.
По существу, индекс
0
означает тот же элемент, что и итератор
v.begin
, а функция
v.size
идентифицирует элемент, следующий за последним, который можно также указать с помощью итератора
v.end
.
Элементы в векторе располагаются в памяти последовательно. Понятие последовательности в библиотеки STL этого не требует. Это позволяет многим алгоритмам вставлять элементы между существующими элементами без их перемещения. Графическое представление абстрактного понятия последовательности предполагает возможность вставки (и удаления) элементов без перемещения остальных элементов. Понятие итераторов в библиотеки STL поддерживает эту концепцию.
Структуру данных, которая точнее всех соответствует диаграмме последовательности в библиотеке STL, называют связанным списком (linked list). Стрелки в абстрактной модели обычно реализуются как указатели. Элемент связанного списка — это часть узла, состоящего из элемента и одного или нескольких указателей. Связанный список, в котором узел содержит только один указатель (на следующий узел), называют односвязным списком (singly-linked list), а список, в которой узел ссылается как на предыдущий, так и на следующий узлы, — двусвязным списком (doubly-linked list). Мы схематично рассмотрим реализацию двухсвязных списков, которые в стандартной библиотеке языка С++ имеют имя
list
. Графически список можно изобразить следующим образом.
В виде кода он представляется так:
template<class Elem> struct Link {
Link* prev; // предыдущий узел
Link* succ; // следующий узел
Elem val; // значение
};
template<class Elem> struct list {
Link<Elem>* first;
Link<Elem>* last; // узел, находящийся за последним узлом
};
Схема класса
Link
приведена ниже.
Существует много способов реализации и представления связанных списков. Описание списка, реализованного в стандартной библиотеке, приведено в приложении Б. Здесь мы лишь кратко перечислим основные свойства списка — возможность вставлять и удалять элементы, не трогая существующие элементы, а также покажем, как перемещаться по списку с помощью итератора, и приведем пример его использования.