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1、第三篇 高级编程前两篇分别介绍了Visual C+的MFC编程和Visual C# 的.NET编程的根底内容，重点放在用户界面和图形绘制局部。Windows编程技术非常广泛和丰富，许多内容属于高级课题，例如：系统编程、上下文帮助、动态链接库、组件编程、面向方面的编程、效劳器端编程、分布式编程、云计算等等。限于篇幅，本书只简单介绍：企业级应用必须的泛型编程、基于多核CPU的并行编程、商业应用所需的数据库编程和应用广泛的网络编程。本篇包含如下4章内容：l 第21章 STL泛型编程l 第22章 多线程与多核编程l 第23章 数据库编程l 第24章 网络编程第21章 STL泛型编程泛型编程generi
2、c programming，类属编程是一种通过模板template实现同一算法源代码用于不同数据类型的软件重用方法，广泛用于数据的遍历、查询、排序、添加/删除/复制/合并等操作和处理，是数据库管理和信息系统等企业级应用不可缺少的根底技术。泛型编程理论的最早实现是Alexander Stepanov和Dave Musser于1994年设计和开发出的STLStandard Template Library，标准模板库，它成为C+标准1998年的一局部。源自C+的Java1995年和C# 2000年语言在创立时，为了简化语法和降低复杂度，都不约而同地抛弃了C+的模板，从而不支持泛型编程。但是事实很快
3、就证明，这样做是犯了一个非常严重的错误。所以Java于2004年9月在Java SE 5.0JDK 1.5中开始使用受限的泛型技术，C# 和.NET框架也于2005年11月在2.0版中引入了泛型编程。限于篇幅，本书只讨论标准C+中的STL泛型编程的根本内容。21.1 概述面向过程的编程重用函数的目标代码，面向对象的编程重用类和对象的目标代码，泛型编程那么重用算法的源代码。传统C+的泛型编程，仅仅局限于简单的模版技术。标准C+引入了容器container、迭代器iterator、分配器allocator和STL等概念和内容，才真正进入泛型编程的广阔天地。21.1.1 泛型编程与过程及对象编程泛型
4、编程和面向过程以及面向对象一起，构成混合型程序设计语言C+的三种编程范式paradigm，范例/范型。面向过程的编程，可以将常用代码段封装在一个函数中，然后通过函数调用来到达目标代码重用的目的，是最早使用的软件重用方法。面向对象的方法，那么可以通过类的继承和对象成员的使用来实现对象的目标代码的重用。如果需要编写一个可用于不同数据类型的算法，可以采用的方法有：l 面向过程对源代码进行复制和修改，生成不同数据类型版本的算法函数，调用时需要对数据类型进行手工的判断。l 面向对象可以在一个类中，编写多个同名函数，它们的算法一致，但是所处理数据的类型不同，当然函数的输入参数类型也不同，可通过函数重载来自
5、动调用对应数据类型版本的函数。显然，这两种方法都需编写了多个算法相同的不同函数，不能做到代码重用。它们二者之间的主要差异，只是调用的方便与否。如果采用泛型编程例如可采用以类型作为参数的传统C+的模板技术，就可以做到源代码级的重用：l 泛型编程编写以类型作为参数的一个模板函数，在调用时再将参数实例化为具体的数据类型。注意，模版的实例化，是在编译阶段完成的，属于静态性质的方法，与C/C+的宏替代方式非常相似，但是却更为平安、更易理解、且更加高效。为了实现一个，在具有不同组织结构如数组、链表、队列、堆栈等、含同一类型如char、int、float、struct或class等的数据或对象的集合容器上的
6、，与具体数据类型无关的参数化通用算法如排序、检索、复制、合并等。光有模版是远远不够的，还需要能够表示这种集合的容器、能够在容器中遍历的迭代器、能够为算法和容器实现抽象存储的分配器、能够在不同容器之间进行转换的适配器、以及针对容器中数据集合的各种与具体类型无关的通用算法等。这些正是泛型编程的研究内容，也是STL要实现的目标。21.1.2 泛型编程与STL泛型编程是一种面向算法的多态技术，STL是它的一种具体实现。1泛型编程在计算机科学中，泛型generic，类属是一种允许一个值取不同数据类型所谓多态的技术，强调使用这种技术的编程风格被称为泛型编程。泛型编程研究对软件组件的系统化组织，目标是推出一
7、种针对算法、数据结构和内存分配机制的分类方法，以及其他能够带来高度可重用性、模块化和可用性的软件工具。与针对问题和数据的面向对象的方法不同，泛型编程中强调的是算法。是一类通用的参数化算法，它们对各种数据类型和各种数据结构都能以相同的方式进行工作，从而实现源代码级的软件重用。例如，不管容器是数组、队列、链表、还是堆栈，不管里面的元素类型是字符、整数、浮点数、还是对象，都可以使用同样的迭代器方法来遍历容器内的所有元素、获取指定元素的值、添加或删除元素，从而实现排序、检索、复制、合并等各种操作和算法。泛型编程的通用化算法，是建立在各种抽象化根底之上的：利用参数化模版来到达数据类型的抽象化、利用容器和
8、迭代器来到达数据结构的抽象化、利用分配器和适配器来到达存储分配和转换接口的抽象化。2STLSTLStandard Template Library，标准模板库是泛型编程思想的实际表达和具体实现，它是一种为泛型组件建立大型标准库的可扩展架构。STL本身，与面向对象无关，也与具体的程序设计语言无关。STL的目标是，在不损失效率的根底上，进行抽象。这里的不损失效率，是指尽最大努力来保证其所有的泛型算法是最优的，并且和手工为具体类型编写的代码具有同样的运行效率。抽象的根底是数学逻辑和冯诺依曼计算模型存储程序体系结构。如果用数学语言来描述，STL的本质就是：不同的数据结构，对应于不同的地址代数结构、以及
9、不同的地址连接方式。从数据结构的一个地址，转向下一个地址的一些列操作，就对应于迭代器。在数据结构中添加和删除地址的操作，就对应于容器。STL将容器看作是结构的泛化，它们都拥有成员，可以描述整体和局部这一现实世界事物的关键属性。STL使用了赋值的算法，要求采用面向值的语义。STL还假定对容器中的数据和对象，定义了全序。STL的主要内容是容器、泛型算法、迭代器、函数对象、分配器和适配器等6种组件。在标准C+中，STL是作为C+标准库的一局部而出现的。作为STL的根底的模板，那么是C+语法的一局部。3历史泛型程序最早出现1970年代的CLU和Ada语言中，后来被许多基于对象和面向对象的语言所采用，包
10、括BETA、C+、D和Eiffel等。1993年C+在3.0版中引入的模版技术就属于泛型编程的范畴，1994年7月ANSI/ISO C+标准委员会通过的STL，更是泛型编程的集大成者，它已被纳入1998年9月推出的C+国际标准之中。Visual C+从2005版开始，全面支持C+的1998年和2003年国际标准，当然也包括STL泛型编程。Java于2004年9月在Java SE 5.0JDK 1.5中开始使用泛型技术，并且因此将从JDK 1.21.4一直使用的Java 2改名为Java 5，但是为了在语法、类库和字节码上与传统的Java 2兼容，Java中的泛型做出了很多牺牲，包括类型信息被擦
11、除。所以Java中的泛型是一种受限的非完整泛型。微软于2005年11月在.NET框架2.0版、C# 2.0和Visual Basic 2005中也于引入了泛型编程，并在2007年11月推出的.NET框架3.5版中又增加了对STL的支持。David Musser Alexander Stepanov1971年，美国计算机科学家David Musser首先提出并推广了泛型编程的理论，但是主要局限于软件开发和计算机代数领域。1979年，苏联籍的美国计算机科学家Alexander Stepanov开始研究泛型编程，1987年他与David Musser一道，开发出Ada的泛型表处理库。1990年前后，
12、Stepanov先后在贝尔实验室和HP实验室，进行泛型编程的研究和库设计，提出了STL的体系结构。1993年11月，受贝尔实验室的Andrew Koening 的邀请，Stepanov在ANSI/ISO C+标准委员会的会议上，介绍了泛型编程的理论和他们的工作。Stepanov和Meng Lee按委员会的要求，于1994年3月提出了STL的草案。委员会提出了一些修改意见，其中最重要的是对关联容器的扩充，由Musser完成了扩充局部的实现工作。1994年7月，ANSI/ISO C+标准委员会终于通过了修改后的STL方案，并将其纳入1998年推出的C+标准之中。1994年8月，HP将Stepano
13、v和Lee等人开发的STL，在因特网上免费发布。1995年Stepanov又到SGI工作，他与Hans Boehm和Matthew H. Austern一起，为SGI开发了STL。SGI也把它免费地放在了因特网上，并提供了一个完整的在线说明文档由Austern编写，参见网页。鉴于Alexander Stepanov对STL的重大奉献，他被誉为STL之父。21.2 容器容器container是装有其他对象的对象。容器里面的对象必须是同一类型，该类型必须是可拷贝构造和可赋值的，包括内置的根本数据类型和带有公用拷贝构造函数和赋值操作符的类。典型的容器有队列、链表和向量等。在标准C+中，容器一般用模版
14、类来表示。不过STL不是面向对象的技术，不强调类的层次结构，而是以效率和实用作为追求的目标。所以在STL并没有一个通用的容器类，各种具体的容器也没有统一的基类。容器可以视为是数组的推广，即对象的数组广义数组，其中的元素对象可以用下标索引来访问。容器的设计有两条准那么：一是在各个容器的设计中，提供尽可能大的自由度；二是使各种容器能够向用户呈现出一个公共的界面/接口。目的是，使容器的实现能到达最正确效率，同时也使用户能写出不依赖于所使用的特定容器类型的通用代码。容器的设计通常只能满足这两条中的一条，但是STL却提供了一个同时具有通用性和执行效率的解决方案。21.2.1 分类标准C+的STL框架中的
15、主要容器有序列容器和关联容器两大类，另外两大类容器分别是容器适配器和拟容器。1序列容器序列容器sequence container，顺序容器将一组具有相同类型T的对象，以严格的线性形式组织在一起。序列容器可以视为数组和链表的推广。STL中的序列容器有如下3种：1） vector向量 提供对变长序列的快速随机访问即对第i个元素的访问时间，是与i无关的常量，对序列末尾的插入和删除操作的时间是分摊常量；似变长数组对应于vector类，定义在头文件中。2） dequedouble-ended queue，双端队列 提供对变长序列的快速随机访问，对序列头尾的插入和删除操作的时间都是分摊常量；似双向变长数组对应于deque类，定义在头文件中。3） list表 提供对变长序列的线性时间访问O(N)，N为序列的当前长度，但是在序列的任意位置的插入和删除操作均为常量时间。似双向链表对应于list类，定义在头文件中。2关联容器关联容器associative container，联合容器的特点是键有序的，即元素是按预定义的键顺序如升序插入的。关联容器具有从基于键的集合中快速提取对象的能力，其中集合的大小在运
