C++17 STL Стандартная библиотека шаблонов - Яцек Галовиц
C++17 STL Стандартная библиотека шаблонов читать книгу онлайн
С++ — объектно-ориентированный язык программирования, без которого сегодня немыслима промышленная разработка ПО. В этой замечательной книге описана работа с контейнерами, алгоритмами, вспомогательными классами, лямбда-выражениями и другими интересными инструментами, которыми богат современный С++. Освоив материал, вы сможете коренным образом пересмотреть привычный подход к программированию.
Преимущество издания — в подробном описании стандартной библиотеки шаблонов С++, STL. Ее свежая версия была выпущена в 2017 году. В книге вы найдете более 90 максимально реалистичных примеров, которые демонстрируют всю мощь STL. Многие из них станут базовыми кирпичиками для решения более универсальных задач.
Вооружившись этой книгой, вы сможете эффективно использовать С++17 для создания высококачественного и высокопроизводительного ПО, применимого в различных отраслях.
Как это делается
В этом примере мы реализуем собственный класс итератора, а затем проитерируем по нему.
1. Сначала включим заголовочный файл, который позволит выводить данные на консоль:
#include <iostream>
2. Наш класс итератора будет называться num_iterator:
class num_iterator {
3. Его единственным членом выступит целое число, которое послужит для счета. Оно будет инициализироваться в конструкторе. Создание явных конструкторов — хороший стиль программирования, поскольку это позволяет избежать случайных неявных преобразований. Обратите внимание: мы предоставляем значение по умолчанию для переменной position, что делает возможным создание экземпляров класса num_iterator с помощью конструктора по умолчанию. Хотя в данном примере мы не будем использовать такой конструктор, эта возможность очень важна, поскольку некоторые алгоритмы STL зависят от того, можно ли создать экземпляры итераторов, применяя конструкторы по умолчанию:
int i;
public:
explicit num_iterator(int position = 0) : i{position} {}
4. При разыменовании наш итератор (*it) генерирует целое число:
int operator*() const { return i; }
5. Инкрементирование итератора (++it) просто увеличит значение его внутреннего счетчика i:
num_iterator& operator++() {
++i;
return *this;
}
6. Цикл for будет сравнивать итератор с конечным итератором. Если они не равны, то продолжим перебор:
bool operator!=(const num_iterator &other) const {
return i != other.i;
}
};
7. Это был класс итератора. Нам все еще нужен промежуточный объект для записи for (int i:intermediate(a, b)) {...}, который содержит начальный и конечный итераторы и будет перепрограммирован так, чтобы итерировал от a до b. Мы назовем его num_range:
class num_range {
8. Он содержит два члена, представляющие собой целые числа. Они обозначают число, с которого начнется перебор, а также число, стоящее непосредственно за последним числом. Это значит, что если мы хотим проитерировать по числам от 0 до 9, то a будет иметь значение 0, а b — 10:
int a;
int b;
public:
num_range(int from, int to)
: a{from}, b{to}
{}
9. Нужно реализовать всего две функции-члена: begin и end. Обе эти функции возвращают итераторы, которые указывают на начало и конец численного диапазона:
num_iterator begin() const { return num_iterator{a}; }
num_iterator end() const { return num_iterator{b}; }
};
10. На этом все. Можно использовать полученный объект. Напишем функцию main, в которой просто проитерируем по диапазону значений от 100 до 109 и выведем эти значения:
int main()
{
for (int i : num_range{100, 110}) {
std::cout << i << ", ";
}
std::cout << 'n';
}
11. Компиляция и запуск программы дадут следующий результат:
100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109,
Как это работает
Представьте, что мы написали следующий код:
for (auto x:range) { code_block; }
Компилятор развернет его в такую конструкцию:
{
auto _begin = std::begin(range);
auto _end = std::end(range);
for (; _begin != end; ++_begin) {
auto x = *_begin;
code_block
}
}
При взгляде на этот код становится очевидно, что для создания итератора необходимо реализовать всего три оператора:
□ operator!= — определение равенства;
□ operator++ — префиксный инкремент;
□ operator* — разыменование.
Требования к диапазону данных заключаются в том, что он должен иметь методы begin и end, которые будут возвращать два итератора для обозначения начала и конца диапазона.
В данной книге мы будем использовать преимущественно std::begin(x) вместо x.begin(). Это хороший вариант, поскольку функция std::begin(x) автоматически вызывает метод x.begin(), при условии, что он доступен. Если x представляет собой массив, не имеющий метода begin(), то функция std::begin(x) автоматически определит, как с этим справиться. То же верно и для std::end(x). Пользовательские типы, не имеющие методов begin()/end(), не смогут работать с методами std::begin/std::end.
В рамках этого примера мы разместили простой алгоритм счета в интерфейсе однонаправленного итератора. Реализация итератора и диапазона данных зачастую включает в себя написание минимального объема стереотипного кода, что, с одной стороны, может слегка раздражать. С другой стороны, взглянув на цикл, который использует num_range, мы понимаем, что это здорово, поскольку цикл выглядит очень просто!
Пролистайте книгу назад и еще раз взгляните на то, какие методы итератора и диапазон классов являются константными. Если не сделать их таковыми, то компилятор во многих ситуациях может отклонить ваш код, поскольку перебор константных объектов происходит довольно часто.
Обеспечиваем совместимость собственных итераторов с категориями итераторов STL
Какую бы структуру данных вы ни создали, для эффективного объединения ее с библиотекой STL нужно добавить интерфейсы для итераторов. В последнем разделе мы научились делать это, но затем быстро поняли, что некоторые алгоритмы STL плохо компилируются с нашими итераторами. Почему так происходит?
Проблема заключается в том, что многие алгоритмы STL пытаются больше узнать об итераторах, с которыми должны работать. Разные категории итераторов имеют разные возможности, и поэтому существует несколько вариантов реализации одного алгоритма. Например, обычные числа из одного вектора в другой можно скопировать с помощью быстрого вызова memcpy. Если мы копируем данные из списка или в него, то такой вызов сделать нельзя и элементы нужно копировать по одному. Авторы алгоритмов STL хорошо продумали подобную автоматическую оптимизацию. Чтобы помочь им, мы укажем некоторую информацию о наших итераторах. В этом разделе показано, как достичь той же цели.
Как это делается
В этом примере мы реализуем примитивный итератор, считающий числа, и используем его вместе с алгоритмом STL, с которым он изначально не будет компилироваться. Затем сделаем все, чтобы итератор стал совместим с STL.
1. Сначала, как обычно, включим некоторые заголовочные файлы:
#include <iostream>
#include <algorithm>
2. Далее реализуем примитивный итератор для подсчета чисел, как
