c++语言程序设计第10讲

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1、第十章 C+标准模板库 清华大学 郑 莉 C+语言程序设计 1 C+语言程序设计清华大学 郑莉 主要内容 l泛型程序设计 l与标准模板库有关的概念和术语 lC+标准模板库中的容器 l迭代器 l标准C+库中的算法 l函数对象 2 C+语言程序设计清华大学 郑莉 泛型程序设计 l将程序写得尽可能通用 l将算法从特定的数据结构中抽象出来， 成为通用的 lC+的模板为泛型程序设计奠定了关键 的基础 lSTL是泛型程序设计的一个范例 容器(container) 迭代器(iterator) 算法（algorithms） 函数对象（function object） 3 C+语言程序设计清华大学 郑莉 命名空

2、间（namespace） l一个命名空间将不同的标识符集合在一 个命名作用域（named scope）内 为了解决命名冲突 例如，声明一个命名空间NS： namspace NS class File; void Fun (); 则引用标识符的方式如下， NS: File obj; NS: Fun (); l没有声明命名空间的标识符都处于无名 的命名空间中 概念和术语 4 C+语言程序设计清华大学 郑莉 命名空间（续） l可以用using来指定命名空间 例如，经过以下声明： using NS:File; 在当前作用域中就可以直接引用File using namespace std; 命名空间st

3、d中所有标识符都可直接 引用 l在新的C+标准程序库中，所有标 识符都声明在命名空间std中，头文件 都不使用扩展名 概念和术语 5 C+语言程序设计清华大学 郑莉 容器 l容器类是容纳、包含一组元素或元 素集合的对象。 l异类容器类与同类容器类 l顺序容器与关联容器 l七种基本容器： 向量（vector）、双端队列（ deque）、列表（list）、集合（set ）、多重集合（multiset）、映射（ map）和多重映射（multimap） 概念和术语 6 C+语言程序设计清华大学 郑莉 容器的接口 l通用容器运算符 =，!=，=，=，= l方法（函数） 迭代方法 lbegin()，end

4、()，rbegin()， rend() 访问方法 lsize()，max_size()，swap() ，empty() 7 C+语言程序设计清华大学 郑莉 适配器 l适配器是一种接口类 为已有的类提供新的接口。 目的是简化、约束、使之安全 、隐藏或者改变被修改类提供的服务 集合。 l三种类型的适配器： 容器适配器 l用来扩展7种基本容器，它们 和顺序容器相结合构成栈、队列和优先 队列容器 迭代器适配器 函数对象适配器。 概念和术语 8 C+语言程序设计清华大学 郑莉 迭代器 迭代器是面向对象版本的指针，它 们提供了访问容器、序列中每个元素的 方法。 概念和术语 9 C+语言程序设计清华大学 郑

5、莉 算法 lC+标准模板库中包括70多个算法 其中包括查找算法，排序算法 ，消除算法，记数算法，比较算法， 变换算法，置换算法和容器管理等等 。 l这些算法的一个最重要的特性就是 它们的统一性，并且可以广泛用于不同 的对象和内置的数据类型。 概念和术语 10 C+语言程序设计清华大学 郑莉 顺序容器 l顺序容器的接口 插入方法 lpush_front()，push_back()， insert()，运算符“=” 删除方法 lpop() ，erase()，clear() 迭代访问方法 l使用迭代器 其他顺序容器访问方法（不修改访 问方法） lfront()，back()，下标运算符 容 器 11

6、 C+语言程序设计清华大学 郑莉 顺序容器向量 l向量属于顺序容器，用于容纳不定 长线性序列（即线性群体），提供对序 列的快速随机访问（也称直接访问） l向量是动态结构，它的大小不固定 ，可以在程序运行时增加或减少。 l例10-1 求范围2N中的质数，N在程序 运行时由键盘输入。 容 器 12 /10_1.cpp #include #include #include /包含向量容器头文件 using namespace std ; int main() vector A(10); int n; int primecount = 0, i, j; cout=2 as upper limit: ;

7、 cin n; Aprimecount+ = 2; 1313 for(i = 3; i n; i+) if (primecount = A.size() A.resize(primecount + 10); if (i % 2 = 0) continue; j = 3; while (j i/2) Aprimecount+ = i; for (i = 0; iprimecount; i+)/输出质数 coutsetw(5)Ai; if (i+1) % 10 = 0) /每输出10个数换行一 次 cout endl; coutendl; 1414 C+语言程序设计清华大学 郑莉 顺序容器双端队列

8、 l双端队列是一种放松了访问权限的 队列。元素可以从队列的两端入队和出 队，也支持通过下标操作符“”进行直 接访问。 l例10-2 使用双端队列容器保存double 数值序列 容 器 15 C+语言程序设计清华大学 郑莉 顺序容器列表 l列表主要用于存放双向链表，可以从任 意一端开始遍历。列表还提供了拼接（ splicing）操作，将一个序列中的元素从插入 到另一个序列中。 l例10-3 改写例9-7 从键盘输入10个整数，用这些整数 值作为结点数据，生成一个链表，按顺序输 出链表中结点的数值。然后从键盘输入一个 待查找整数，在链表中查找该整数，若找到 则删除该整数所在的结点（如果出现多次，

9、全部删除），然后输出删除结点以后的链表 。在程序结束之前清空链表。 容 器 16 /10_3.cpp #include #include using namespace std ; int main() list Link;/构造一个列表用于存放整数链 表 int i, key, item; for(i=0;i item; Link.push_front(item); coutList: ; / 输出链表 1717 list:iterator p=Link.begin(); while(p!=Link.end()/输出各节点数据，直到 链表尾 cout *p ; p+; /使P指向下一个节点

10、cout endl; cout key; Link.remove(key); cout List: ; / 输出链表 p=Link.begin();/ 使P重新指向表头 while(p!=Link.end() cout *p ; p+; / 使P指向下一个节点 cout endl; 1818 C+语言程序设计清华大学 郑莉 容器适配器 l容器适配器是用来扩展7种基本容器的 l栈容器 使用适配器与一种基础容器相结合来 实现 例10-4：应用标准库中的deque顺序 容器生成一个整数栈stack。 l队列容器 使用适配器与一种基础容器相结合来 实现的先进先出数据结构。 例10-5：应用标准库中的d

11、eque顺序 容器生成一个整数标准队列queue。 容 器 19 C+语言程序设计清华大学 郑莉 什么是迭代器 l迭代器是面向对象版本的指针 指针可以指向内存中的一个地 址 迭代器可以指向容器中的一个 位置 lSTL的每一个容器类模版中，都定 义了一组对应的迭代器类。使用迭代器 ，算法函数可以访问容器中指定位置的 元素，而无需关心元素的具体类型。 迭代器 20 C+语言程序设计清华大学 郑莉 迭代器的类型 l输入迭代器 可以用来从序列中读取数据 l输出迭代器 允许向序列中写入数据 l前向迭代器 既是输入迭代器又是输出迭代器，并且可以 对序列进行单向的遍历 l双向迭代器 与前向迭代器相似，但是在

12、两个方向上都可 以对数据遍历 l随机访问迭代器 也是双向迭代器，但能够在序列中的任意两 个位置之间进行跳转。 迭代器 21 C+语言程序设计清华大学 郑莉 迭代器适配器 l迭代器适配器是用来扩展（或调整）迭代器功 能的类。它本身也被称为迭代器，只是这种迭代器是 通过改变另一个迭代器而得到的 l逆向迭代器 通过重新定义递增运算和递减运算，使其行 为正好倒置 l插入型迭代器 将赋值操作转换为插入操作。通过这种迭代 器，算法可以执行插入行为而不是覆盖行为 l例10-6 应用逆向迭代器和后插迭代器来操作向量容 器中的元素 迭代器 22 C+语言程序设计清华大学 郑莉 迭代器相关的辅助函数 ladvan

13、ce()函数 将迭代器的位置增加，增加的幅度 由参数决定 ldistance()函数 返回迭代器之间的距离 l函数iter_swap() 交换两个迭代器所指向的元素值 l例10-7 用三个迭代器辅助函数来操作列表 容器中的元素。 迭代器 23 C+语言程序设计清华大学 郑莉 标准C+库中的算法 l算法本身是一种函数模板 l不可变序列算法（non-mutating algorithms） 不直接修改所操作的容器内容 的算法 l可变序列算法（mutating algorithms ） 可以修改它们所操作的容器的 元素。 l排序相关算法 l数值算法 算 法 24 C+语言程序设计清华大学 郑莉 算法

14、应用举例 l例10-9 应用不可变序列算法对数据序列进行 分析 l例10-10 以可变序列算法对数据序列进行复制 ，生成，删除，替换，倒序，旋转等可变性 操作。 l例10-11 应用排序相关算法对序列进行各项操 作 l例10-12 应用数值算法对数据序列进行操作 算 法 25 C+语言程序设计清华大学 郑莉 函数对象 l一个行为类似函数的对象，它可以没有 参数，也可以带有若干参数，其功能是获取 一个值，或者改变操作的状态。 l任何普通的函数和任何重载了调用运算 符operator()的类的对象都满足函数对象的特 征 lSTL中也定义了一些标准的函数对象， 如果以功能划分，可以分为算术运算、关系 运算、逻辑运算三大类。为了调用这些标准 函数对象，需要包含头文件。 26 C+语言程序设计清华大学 郑莉 小结与复习建议 l主要内容 泛型程序设计、与标准模板库有关 的概念和术语、C+标准模板库中的容器、 迭代器、标准C+库中的算法、函数对象 l达到的目标 初步了解泛型程序设计的概念，学 会C+标准模板库（STL）的使用方法 l实验任务 实验十 27