c++ primer–容器的综合应用：文本查询程序

我们的程序将读取用户指定的任意文本文件，然后允许用户从该文件中查找单词。查询的结果是该单词出现的次数，并列出每次出现所在的行。如果某单词在同一行中多次出现，程序将只显示该行一次。行号按升序显示，即第 7 行应该在第 9 行之前输出，依此类推。
例如，以本章的内容作为文件输入，然后查找单词“element”。输出的前几行应为：
element occurs 125 times
(line 62) element with a given key.
(line 64) second element with the same key.
(line 153) element |==| operator.
(line 250) the element type.
(line 398) corresponding element.

后面省略了大约 120 行。

查询程序的设计

设计程序的一个良好习惯是首先将程序所涉及的操作列出来。明确需要提供的操作有助于建立需要的数据结构和实现这些行为。从需求出发，我们的程序需要支持如下任务：
1. 它必须允许用户指明要处理的文件名字。程序将存储该文件的内容，以便输出每个单词所在的原始行。
2. 它必须将每一行分解为各个单词，并记录每个单词所在的所有行。在输出行号时，应保证以升序输出，并且不重复。
3. 对特定单词的查询将返回出现该单词的所有行的行号。
4. 输出某单词所在的行文本时，程序必须能根据给定的行号从输入文件中获取相应的行。

数据结构

我们将用一个简单的类 TextQuery 实现这个程序。再加几种容器的配合使用，就可相当巧妙地满足上述要求。

使用一个 vector 类型的对象存储整个输入文件的副本。输入文件的每一行是该 vector对象的一个元素。因而，在希望输出某一行时，只需以行号为下标获取该行所在的元素即可。
将每个单词所在的行号存储在一个 set容器对象中(一个单词可能出现多次,所以用set)。使用 set 就可确保每行只有一个条目，而且行号将自动按升序排列。
使用一个 map 容器将每个单词与一个 set 容器对象关联起来，该 set 容器对象记录此单词所在的行号。

操作

对于类还要求有良好的接口。然而，一个重要的设计策略首先要确定：查询函数需返回存储一组行号的 set 对象。这个返回类型应该如何设计呢？

查询的过程相当简单：使用下标访问 map 对象获取关联的 set 对象即可。
唯一的问题是如何返回所找到的 set 对象。安全的设计方案是返回该 set 对象的副本。
如果处理的是一个相当庞大的文件，则复制 set对象的代价会非常昂贵。其他可行的方法包括：返回一个 pair 对象，存储一对指向 set 中元素的迭代器；或者返回 set 对象的 const 引用。

第一、第三和第四个任务是使用这个类的程序员将执行的动作。第二个任务则是类的内部任务。将这四任务映射为类的成员函数，则类的接口需提供下列三
个 public 函数：
• read_file 成员函数，其形参为一个 ifstream& 类型对象。该函数每次从文件中读入一行，并将它保存在 vector容器中。输入完毕后，read_file 将创建关联每个单词及其所在行号的map 容器。
• run_query 成员函数，其形参为一个 string 类型对象，返回一个 set 对象，该 set 对象包含出现该 string 对象的所有行的行号。
• text_line 成员函数，其形参为一个行号，返回输入文本中该行号对应的文本行。
无论 run_query 还是 text_line 都不会修改调用此函数的对象，因此，可将这两个操作定义为 const 成员函数。

为实现 read_file 功能，还需定义两个 private 函数来读取输入文本和创建 map 容器：
• store_file 函数读入文件，并将文件内容存储在 vector 容器对象中。
• build_map 函数将每一行分解为各个单词，创建 map 容器对象，同时记录每个单词出现行号。

TextQuery 类

class TextQuery { public: // typedef to make declarations easier typedef std::vector<std::string>::size_type line_no; /* interface: * read_file builds internal data structures for the given file * run_query finds the given word and returns set of lines on
which it appears * text_line returns a requested line from the input file */ void read_file(std::ifstream &is) { store_file(is); build_map(); } std::set<line_no> run_query(const std::string&) const; std::string text_line(line_no) const; private: // utility functions used by read_file void store_file(std::ifstream&); // store input file void build_map(); // associated each word with a set of line numbers // remember the whole input file std::vector<std::string> lines_of_text; // map word to set of the lines on which it occurs std::map< std::string, std::set<line_no> > word_map; };

这个类直接反映了我们的设计策略(类外调用的函数用public,类内调用的函数用private)。唯一提及的是使用 typedef 为 vector 的 size_type 定义了一个别名（行号line_no类型）。
read_file 函数在类的内部定义。该函数首先调用 store_file 读取并保存输入文件，然后调用 build_map 创建关联单词与行号的 map 容器。

TextQuery 类的使用

int main(int argc, char **argv) { // open the file from which user will query words ifstream infile; if (argc < 2 || !open_file(infile, argv[1])) { cerr << "No input file!" << endl; return EXIT_FAILURE; } TextQuery tq; tq.read_file(infile); // builds query map // iterate with the user: prompt for a word to find and print results // loop indefinitely; the loop exit is inside the while while (true) { cout << "enter word to look for, or q to quit: "; string s; cin >> s; // stop if hit eof on input or a 'q'is entered if (!cin || s == "q") break; // get the set of line numbers on which this word appears set<TextQuery::line_no> locs = tq.run_query(s); // print count and all occurrences, if any print_results(locs, s, tq); } return 0; }

输出结果:print_results 函数

void print_results(const set<TextQuery::line_no>& locs, const string& sought, const TextQuery &file) { // if the word was found, then print count and all occurrences typedef set<TextQuery::line_no> line_nums; line_nums::size_type size = locs.size(); cout << "\n" << sought << " occurs " << size << " " << make_plural(size, "time", "s") << endl; //make_plural根据 size 是否为 1 输出“time”或“times”。// print each line in which the word appeared line_nums::const_iterator it = locs.begin(); for ( ; it != locs.end(); ++it) { cout << "\t(line " // don't confound user with text lines start ing at 0 << (*it) + 1 << ") " << file.text_line(*it) << endl; } }

编写成员函数

存储输入文件:store_file

第一个任务是读入需要查询的文件。使用 string 和 vector 容器提供的操作，可以很简便地实现这个任务：

// read input file: store each line as element in lines_of_text void TextQuery::store_file(ifstream &is) { string textline; while (getline(is, textline)) lines_of_text.push_back(textline); }

函数从文件中每读入一行就将它添加到名为 lines_of_text 的 vector 对象中。

建立单词 map 容器

vector 容器中的每个元素就是一行文本。要建立一个从单词关联到行号的 map 容器，必须将每行分解为各个单词。再次使用第 8.5 节描述的 istringstream(字符串输入流)：

// finds whitespace-separated words in the input vector // and puts the word in word_map along with the line number void TextQuery::build_map(){ // process each line from the input vector for (line_no line_num = 0; line_num != lines_of_text.size(); ++line_num) { //we'll use line to read the text a word at a time istringstream line(lines_of_text[line_num]); string word; while (line >> word) // add this line number to the set; // subscript will add word to the map if it's not
already there word_map[word].insert(line_num); } }

or 循环以每次一行的迭代过程遍历 lines_of_text。
首先将 istringstream 对象 line 与当前行绑定起来，然后使用 istringstream 的输入操作符读入该行中的每个单词。回顾此类输入操作符，与其他 istream 操作符一样，将忽略空白符号。因此，while 循环将 line 中以空白符分隔的单词读取出来。
这个函数的结尾部分类似前面的单词统计程序。将 word 用做 map 容器的下标。如果 word 在 word_map 容器对象中不存在，那么下标操作符将该 word 添加到此容器中，将其关联的值初始化为空的 set。不管是否添加了 word，下标运算都返回一个 set 对象，然后调用 insert 函数在该 set对象中添加当前行号。如果某个单词在同一行中重复出现，那么 insert 函数的调用将不做任何操作。

支持查询:run_query 函数

set<TextQuery::line_no> TextQuery::run_query(const string &query_word) const { map<string, set<line_no> >::const_iterator loc = word_map.find(query_word); //在map中查找,返回指向该key值的迭代器if (loc == word_map.end()) return set<line_no>();     else// fetch and return set of line numbers for this word return loc->second;  //loc->second即是map中的set对象}

run_query 函数带有指向 const string 类型对象的引用参数，并以这个参数作为下标来访问 word_map对象。假设成功找到这个 string，那么该函数返回关联此 string 的 set 对象，否则返回一个空的 set 对象。

输出出现该单词的每一行:text_line

string TextQuery::text_line(line_no line) const { if (line < lines_of_text.size()) return lines_of_text[line]; throw std::out_of_range("line number out of range"); }

该函数带有一个行号参数，返回该行号所对应的输入文本行。应该首先检查我们要查询的行是否们于合法范围内。如果是，则返回相应的行，否则，抛出 out_of_range 异常。