泛型与STL Note

标准库的容器、迭代器、适配器、仿函数(函数对象)和算法都是用模板类和模板函数实现的。
第一篇泛型编程导入

一、A Tour of the STL

1.读取标准输入排序并输出的例子(读文本排序和建立字符串表用指针排序，利用泛型算法、泛型指针、泛型容器和function object)；

二、Algorithms and Ranges

算法通过作用于一个区间的iterator来实现适应于不同数据结构的容器。
1.线性查找(C语言的strchr函数实现以指针累增查找，find1函数指针自增，区间(Range)的左闭右开设计，rangefind2与find函数，find函数作用于链表时需要给链表加外覆类)；
2.concepts和modeling(concepts定义为某一类类型共同具有的性质，如Input Iterator，而model表示一个特定的类型，如char*，这类性质是为适用于同一算法运算如find而必须具有的性质)；
3.Iterators(迭代器，泛型指针)(类似于指针，迭代器是用来指向对象的一种对象，是算法与数据结构之间的接口，能以线性顺序遍历某个数据结构，Input Iterator:输入迭代器作为一个concept与指针相比具有和不具有的性质；Output Iterator:输出迭代器也是和输入迭代器类似的一种concept，限制也与input iterator类似；Forward Iterator:与输入、输出迭代器相比前向迭代器具有不一定线性遍历的特性，且可以没有不能修改的限制，可以由两个迭代器用作比较，可以multipass，注意const的顶层和底层；Bidirectional Iterator:与Forward Iterator类似，支持向后/自减操作；Random access Iterator:与前面所述迭代器相比可以有加减常数、下标、迭代器相减和比较次序操作，支持操作更多，但对于某些数据结构有些操作意义不大)；
4.Refinement(精炼、强化)(如果concept2提供concept1所有功能，而且提供额外功能，则认为concept2是concept1的一个refinement，如bidirectional iterator对于forward iterator，适用于concept1的model的算法一定适用于concept2；model是type与concept(types)之间的关系，refinement是concepts之间的关系；继承和多态不能实现concept与model之间的关系)；
5.总结(不同的iterator concepts之间阶层关系；nonmodifying和mutating算法之间区别是一个使用constant iterator，一个使用mutable iterator)；

三、More about Iterators

1.  Iterator Traits(迭代器特征)与Associated Types(相关型别)(每种concept的迭代器都有一些相关型别，而iterator traits包含了公有的相关型别value types，difference types，reference type和pointer type，iterator category)；
1.1)  Value type(数值型别)(iterator traits提供value type属性表示iterator所指向的变量型别，如定义函数返回类型为typename iterator_traits<InputIterator>::value_type)；
1.2)  Difference type(差距型别)(iterator traits提供difference type属性表示两个iterator相减的变量型别)；
1.3)  Reference type和Pointer type(iterator traits提供reference和pointer属性表示引用或指针的变量型别)；
1.4)  算法的处理与Iterator tags(如同在advance函数中一样，iterator traits提供Iterator tags属性表示用以重载时匹配五种不同的iterator concept)；
1.5)  把一切统合起来(当你设计自己的iterator或算法时，你可能需要返回value type、difference type、reference type或者pointer type的某个变量，或者需要针对不同的iterator concept做重载，这时你必须考虑iterator traits的五个特性，标准模板库有一个base class iterator可以提供继承方便你的设计)；
1.6)  没有iterator traits，如何制作iterator traits(旧版本的库函数只提供一组iterator查询函数:distance_type、value_type和iterator_category)；
2.  定义新组件(STL允许自己扩充新iterator或着新算法，但iterator必须满足iterator concepts的特性，主要有必须指向某物、可以遍历某个区间、可以*和++运算，但需要注意的一点是iterator必须正确地对应为constant或mutable，一个例子是node_wrap，要定义constant和mutable两个版本)；
2.1)  Iterator Adapters(适配器是将一种接口转换成为另外一种接口以适应算法或其它STL组件的要求，STL定义了一些迭代器适配器如front_insert_iterator、back_insert_iterator和reverse_iterator)；
2.2)  定义Iterator时的建议(定义时注意iterator是constant或者mutable的，iterator traits需要正确作用，尽可能提供较多的iterator行为，forward iterator应遵循相等比较)；
2.3)  定义算法时的建议(尽可能做最少的假设，设计为对input iterator和output iterator可用，效率和一般化之间用分派技术解决，测试时不会疏忽，注意空区间)；
3.  总结(STL的思想是作用于range之上的泛型算法，5个iterator concepts是算法与容器之间的粘胶)；

四、Function Objects

函数对象是指重载了函数调用运算符的对象，就可以直接使用"对象名()"的方式对重载()的成员函数进行调用。
1.  将线性查找一般化(find函数比较相等性时比较是否全等，更一般化的选择是find_if，对于find_if，你需要传入一个function object，一般的选择是函数指针，但也可以用一个类或者模板类，该类中重载函数运算符()的成员函数用作判断条件)；
2.  Function object concepts(函数对象概念)
2.1)  单参(Unary)与双参(binary) function objects(还有无参 function objects)；
2.2)  Predicates与Binary Predicates(单一引数并返回true或false的function objects，称为Predicates，这是Unary Function的一个强化；两个引数并返回true或false的function objects，称为Binary Predicates；transform和find_if对比)；
2.3)  相关型别(Associated Types)(function objects的相关型别就是它的引数和返回值的型别，若需要指明相关型别，则需使用adaptable function objects)；
3.  Function Object Adapters(函数对象适配器)(adapters是一组将某种接口转换成另外一种接口的东西，如unary_negate(f)用于对f反相，not1函数可以作用于函数或函数对象上返回该函数的反相，可用pointer_to_unary_function将函数指针转换为adaptable unary function，pointer_to_binary_function供双参函数使用，binder1st与binder2nd可将adaptable unary function转换为unary function，mem_fun_t adapter作用于member function，unary_compose将f和g合成为h=f(g))；
4.  预定义的Function objects(预定义的STL数值运算function objects有plus、minus、multiplies、divides、modulus和negate；预定义的STL比较运算function objects有equal_to、not_equal_to、greater、less、greater_equal和less_equal)；
5.  总结(function objects通常只有一个member function operator()，没有member variable，function objects的存在使得泛型算法更加一般化)；

五、Containers

1.  一个简单的container(数组优点:遵循range概念，分配在栈内，访问效率，固定大小，初始化方便；数组缺点:没size()概念，past-the-end iterator必须由第一个迭代至最后一个访问，无复制操作，无法以 by value方式传递数组)；
1.1)  一个array class(block/c_array模板类定义及定义内的嵌套型别)；
1.2)  它是如何运作的(block模板类元素个数不可变，没有constructor、destructor和assignment操作符，成员都是public)；
1.3)  最后讨论(block模板类==与<比较操作符的实现，begin、rbegin与end、rend的实现，swap、max_size和empty成员函数)；
2.  Container Concepts(container concept包含的三个主要功能:包含元素、提供访问元素的办法和支持让container成为regular type所必须的一些操作行为)；
2.1)  元素的容纳(containers不能重叠，元素生命期不能超过所属container的生命期，container可以大小可变)；
2.2)  Iterators(有三种方式可以访问block的元素:iterator和const_iterator、reverse_iterator和reverse_const_iterator、A[n])；
2.3)  Containers的阶层架构(根据iterator的阶层关系，containers也有阶层关系如下，container—>forward container—>reversible container—>random access container)；
2.4)  最平淡无奇的container(trivial_container : range永远为空，大小永远为0的container)；
3.  大小可变的Container Concepts(STL包含两种大小可变的Container：Sequence container和Associative container)；
3.1)  Sequences(序列)(Sequence container即线性容器，以线性顺序排列容器，都有member function insert和erase；三种典型的sequence container，vector、list和deque存储形式及其insert和erase；安插于开头或结尾，front、back、push_front、push_back；安插(insert)语义与覆盖(overwrite)语义，copy算法使用的是overwrite方式，用iterator adapters实现insert)；
3.2)  Associative Container(关联式容器)(Associative container的每一个元素都有一个对应的key，基本操作是查找(lookup)、安插(insertion)和消除(erasure)；associative container有三种分类方法。(1)Associative container有value_type和对应的key_type，有两种Associative container，一种simple associative container，其元素的key就是元素自身，一种pair associative container，其value是一个pair<const key,T>，而key是这个pair的第一个字段；(2)unique associative container不允许不同的value有相同的key，而multiple associative container允许不同的value有相同的key；(3)associative container至少有两个不同的refinement，用以组织元素，一个hashed associative container，一个sorted associative container。Associative container的member function，insert、erase、find和count)；
3.3)  Allocators(配置器)(很多containers以动态内存分配，STL 容器允许以template参数的方式指定allocator)；
4.  总结(containers阶层架构，containers泛型算法设计)；
4.1)  Containers选择(尽量先考虑使用简单一点的containers，从vector或block考试考虑，再考虑list)；
4.2)  设计你自己的container；

第二篇参考手册:STL concepts

六、Basic concepts

1.  Assignable(若能够复制某个型别的object，并且可以将该数值赋值到该型别别的变量上，这个型别是assignable的)；
2.  Default Constructible(该型别有一个default constructor，即我们不需要指定任何值，就可以构造该型别的object，那么这个型别的default constructible的)；
3.  Equality Comparable(可以使用operator==来对某个型别的两个object进行相等比较，则该型别是equality comparable)；
4.  可序性(一种lessthan comparable，须能够以operator < 作为比较动作，而operator必须定义出某种一致的可序性；一种strict weakly comparable，此时operator < 除了满足partial ordering条件，还满足更严格的strict weak ordering条件，即该object中任一变量都不小于另一object中任一变量)；

七、Iterators(迭代器/泛型指针)

Iterators是STL的核心，它们是泛型化的指针，是指向其它objects的objects，能够遍历objects所形成的range。Iterators让我们得以将容器(containers)与作用其上的算法(algorithm)分离(理解时将其作为泛型的指针来理解，认为迭代器是一种模板类，该模板类以指针作为其主要成员，但外覆了一些操作容器的特性)。
1.  Trivial Iterator(是一种可提领，使得以取用某个object的concept，它不必支持数值运算如比较或累加，使你在创建新的iterator时可以继承的基类)；
2.  Input Iterator(可提领，能够取用某个object，支持累加以获取序列中的下一个iterator，不一定是mutable，不一定得支持惯常的提领语义用以容许多回multipass算法)；
3.  Output Iterator(提供一种机制，用以存储数值序列，但不必提供取出数值的方法。Output iterators在某些情况下与input iterators相反，不过它们的接口更受束缚。不必一定支持成员访问或相等比较，也不必拥有相关型别difference type和value type；和input iterator一样不支持多回，不保证你能访问同一个Output Iterator两次)；
4.  Forward Iterator(可应用于多回算法，只允许向前(range尾端)移动，其model types可以是mutable或constant)；
5.  Bidirectional Iterator(既可以累加++，也可以递减- -)；
6.  Random access Iterator(可以累加也可以递减的iterator，支持+，+=，-，-=，<以及[ ]索引)；

八、Function objects(函数对象)

Function Object或称为Functor，是一种能以一般的函数调用语法来调用的object，Function pointer(函数指针)是一种function object，所有具有operator() member function的objects也都是function object。基本的function objects概念：Generator、Unary Function和Binary Function，其中返回为bool的Unary Function称为Predicate，返回bool之Binary Function称为Binary Predicate。Adaptable function object可以指定引数及返回值型别，而且可以包含嵌套型别声明，好让这些型别可以被命名以及被程序使用；Adaptable function objects之所以称为“adaptable”，是因为它们可用于function object adapter，它们是能够被转换为或被用来操作其它function objects的一种function objects。
1.  基本的Function Objects(Generator：凡一个函数能够返回某值，而且不需要任何参数，它便是一个Generator；
          Unary Function：凡一个函数能够返回某值，而且需要单一参数，它便是一个Unary Function；
          Binary Function：凡一个函数能够返回某值，且需要两个参数，它便是一个Binary Function)；
2.  Adaptable Function Objects(Adaptable Generator：是一种嵌套定义其result type的Generator，这个嵌套定义使我们得以运用function object adapter，STL并没有给出Adaptable Generator；
          Adaptable Unary Function：是一种定义了argument type和result type的Unary Function，定义一个Adaptable Unary Function之model type时，你必须定义其嵌套类别，最简单的做法是让它继承base class unary_function，STL中的Adaptable Unary Function有negate、identity和pointer_to_unary_function；
          Adaptable Binary Function：是一种嵌套定义argument type和result type的一种Binary Function，当你想要定义一个Adaptable Binary Function的model type，你必须提供那些嵌套定义，最简单的做法是继承base class binary_function，STL预定义的adaptable binary function包括plus、multiplies、less、equal_to、pointer_to_binary_function等)；
3.  Predicate(Predicate：是一种unary function，需要单一参数，并且返回true或false的函数就是Predicate；
          Binary Predicate：是一种Binary function，其结果表现出某条件的真与假，接受两个参数，STL中有bool (*)(int,int)、equal_to和less_equal等；
          Adaptable Predicate：是一种Predicate，也是一种adaptable unary function，即它是一种返回值型别可以转换为bool的unary function，并且嵌套定义了argument type和return type。STL中的adaptable predicate有logical_not和binder1st<equal_to>等；
          Adaptable Binary Predicate是一种Binary Predicate，也是一种adaptable binary function，即它是一种返回值型别可以转换为bool的binary function，并且嵌套定义了argument type和return type。STL中的adaptable binary predicate有less、greater、equal_to和logical_and等；
          Strict Weak ordering：是一种Binary Predicate，可用来比较两个objects)；
4.  特化的Concepts(Random Number Generator：是一种function object，可用来产生整数随机数列，若f是一个Random Number Generator，则f(N)返回一个小于N且大于大于等于0的整数，如果以同一个N多次调用f，产生的数列在range[0，N)中将是均匀分布；
          Hash function(散列函数)：是一种unary function，用在Hashed Associative Container中，它接收单一参数，并将该参数映射至型别为size_t的结果，STL中唯一一个hasn function是class hash)；

九、Containers(容器)

Container是一种object，可以包含并管理其它objects，并提供iterators用以定址其所包含之objects元素。有三种广泛类型，一是极为一般化的Container concept；二是Sequence container concept，可动态调整大小；三是Associative container concept，特别针对以值查询元素的情况进行优化。某些containers以其内存分配方式作为参数，其中很多使用Allocator concept。
1.  General container concepts(@1 Container：是一种(模板)object，能够存储其它objects作为元素，并拥有访问元素的方法，每一个container model都具有一个相关的iterator型别，用来遍历元素；
          @2 Forward Container：元素依明确次序规则来排列的container，这个次序不会在迭代过程中自行改变，其对应的iterator是Forward iterator，因此它支持多回算法。STL中的Forward container有vector、list、slist、deque、set、hash_set、map、hash_map、multiset、hash_multiset、multimap和hash_multimap等；
          @3 Reversible container：是一种forward container，且其iterator是一种bidirectional iterator，它拥有额外的一些member functions和嵌套型别，不但可以向前遍历，也可以向后遍历，STL中实例包括vector、list和set等；
          @4 Random access container：是一种reversible container，且其iterator是一种random access iterator，它提供在amortized constant time访问任意元素的方法，可由iterator或者operator [ ] member function直接访问，STL中实例包括vector和deque等，但以链表存储的list和slist不是random access container；)；
2.  Sequence(线性容器)(@1 Sequence：是一种大小可变的container，其元素系以strict linear order加以排列，sequence concept导入许多新的member functions，用以安插或删除任意位置或区间内的元素，STL实例包括vector、deque、list和slist等；
          @2 Front insert sequence：是一种sequence，可以在amortized constant time内将元素安插于起始点或是取得起始位置的元素,可以有.front、push_front和pop_front操作。STL中的Front insert sequence有list、slist、deque等，vector不是，因为无法push_front和pop_front；
          @3 Back insert sequence：是一种sequence，可以在amortized constant time内将元素安插于尾端或是取出最后元素,可以有.back、push_back和pop_back操作。STL中的Back insert sequence有list、vector、deque等，slist不是，因为它是单向连接链表；)；
3.  Associative containers(关联容器)(@1 Associative container：是一种大小可变的container，支持以key(键值)为基础，有效率地取出元素的方法，它也提供安插与移除操作，但与sequence不同的是，它不支持将元素安插到特定位置。有simple associative container和pair associative container，有unique associative container和multiple associative container，有效表达式包括.find()、.count()、.equal_range()和.erase()等操作，STL实例包括set、multiset、hash_set、hash_multiset、map、multimap、hash_map和hash_multimap等；
          @2 Unique associative container：是一种associative container，具有container中每一个key都独一无二的性质，unique associative container中没有两个元素有相同的key，有效操作.insert()。STL中的Unique associative containers有set、map、hash_set和hash_map等；
          @3 Multiple associative container：是一种associative container，可内含具有相同键值(key)的元素，有效操作.insert()。STL中的multiple associative container有multiset、multimap、hash_multiset和hash_multimap等；
          @4 Simple associative container：是一种associative container，其元素本身就是key。STL中的simple associative container有set、multiset、hash_se和hash_multiset等；
          @5 Pair associative container：是一种associative container，将key与某些objects产生关联，其value_type为pair<const key_type，mapped_type>，其中key_type为container的key_type。STL中的pair associative container有map、multimap、hash_map和hash_multimap等；
          @6 Sorted associative container：是一种associative container，针对key做strict weak ordering递增排序，来排列各元素，有效操作.key_comp()、.value_comp()、.lower_bound()、.upper_bound()、.equal_range()和.insert()。STL中的sorted associative container有map、set、multimap和multiset等；
          @6 Hashed associative container：是一种associative container，以hash table(散列表)实现完成，hashed associative container并不做排序动作，对于单纯地存取值而次序不重要得应用而言hasn associative container比sorted associative container更快，有效操作.hash_funct()、.key_eq()、.bucket_count()、.resize()。STL中的hash associative container有hash_sethash_map等；)；
4.  Allocator(空间配置器)(allocator是一个class，用来封装内存分配与归还的某些细节，有效操作.allocate()、.deallocate()、.max_size()、.construct()、.destroy()和.address()。STL预定义的只有allocator；)；