8、泛型程序设计与c++标准模板库1、泛型程序设计的概念和术语

有效地利用已有的成果，将经典的、优秀的算法标准化、模块化，从而提高软件的生产率，是软件产业化的需求，为了实现这一需求，不仅需要面向对象设计思想，而且需要泛型程序设计思想。

c++语言提供的标准模板库（standard template library，STL）便是对象对象程序设计和泛型程序设计（Generic Programming）思想相结合的一个良好典范。

1、泛型程序设计的概念和术语

1）泛型程序设计

泛型程序设计就是要将程序写得尽可能通用，同时并不损失效率。它的首要目标是标准容器，进而是标准算法，总的目标是最通用、最有效最灵活地表现概念。

标准c++类库包含的组建即支持面向对象的设计与编程，又支持泛型程序设计。标准组件对来年各种设计方法的支持赋予了c++类库复合或双重特性。c++的模板为泛型程序设计奠定了关键的基础，它是所有版本STL的基石。

泛型程序设计的主要思想是，将算法从特定的数据结构中抽象出来，使算法成为通用的，可以作用于各种不同的数据结构。这种以函数模板形式实现的通用算法与各种通用容器结合，极大地提高了软件的复用性。

在STL中充当苏纳法与容器之间媒介的，便是迭代器（iterator）。

如果从应用角度来看，构建STL的架构最关键的4个组件是容器、迭代器、算法和函数对象。算法处于核心地位，迭代器如同算法和容器类之间的桥梁，算法通过迭代器从容器中获取元素，然后将获取的元素传递给特定的函数对象进行的操作，最后将处理后的结果存储到容器中。

 

2)命名空间的概念

一个命名空间将不同标识符集合在一个命名作用域内。为了说明标识符属于哪一个命名空间的，需要在标识符前面加上命名空间名字和“：：”，例如，如下形式声明一个命名空间NS，并在其中声明若干标识符：

namespace NS{

class File;

void Fun();

}

则引用标识符的方式如下：

NS::File obj;

NS::Fun();

除了这样声明的命名空间外，还有一个无名的命名空间，无需特殊声明。在声明标识符时并未指定命名空间，这些标识符便属于无名的命名空间。

为了避免总是在标识符前面写很长的前缀，可以用using来指定命名空间。如经过以下声明

using NS::File;

在当前作用域中就可以直接引用标识符File，也就是说File与NS::File等效。

如果使用声明Using namespace NS；NS命名空间中的所有标识符在当前作用域中都可以直接使用，无需任何前缀。但这样的命名冲突问题又来了。。。

在c++标准程序中，使用了命名空间std，在使用c++标准程序库的任何标识符时，可以直接指定标识符所属的命名空间。如std::out，也可以使用using来打开命名空间的限制。

3）头文件命名规则

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，而且头文件都不使用扩展名，（#include<iostream>与#Include<iostream.h>等价）

为了使用STL中的组件，必须使用#Include命令以包含一个或多个头文件：

1）向量容器、列表容器和双端队列容器类分别位于<vector>、<list>、和<deque>中。

2）集合容器和多重集合容器位于<set>中，而映射容器map和多重映射容器multimap位于<map>。

3）stack适配器位于<stack>中，而queue和priority_queue适配器位于<queue>中。

4）算法位于<algorithm>中，通用数值算法位于<numeric>中。

5）迭代器类和迭代器适配器位于<iterator>中。

6）函数对象类和函数适配器位于<functional>中。

4）标准模板库相关概念和术语

1、容器

容器类是容纳、包含一组元素或元素集合的对象。容器类中包含一组元素或一个元素集合，作为通用元素收集器。c++语言的容器类中可以包含混合类型的元素，即容器类可以包含一组不同类型的元素或一组相同类型的元素。当容器类包含不同类型的元素时，称为异类容器类；当容器类包含相同类型的元素时，称为同类容器类。

容器类库中包括7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)等。这7种容器可以分为2中基本类型：顺序容器和关联容器。

顺序容器将一组具有相同类型的元素以严格的线性形式组织起来，向量、双端队列和列表容器就属于这一种。关联容器具有根据一组索引来快速提取元素的能力，集合和映射容器就属于这一种。

2、适配器

适配器是一种接口类，为已有的类提供新的接口。适配器修改或调整其他类的接口，目前是简化、约束、使之安全、隐藏或者改变被修改类提供的服务集合。

当某个类使用的唯一目的就是改变其他类的接口形式时，它就是一个适配器或一个接口类。

c++标准模板库提供了3种类型的适配器：容器适配器、迭代器适配器和函数对象适配器。其中容器适配器来扩展7种基本容器，他们和顺序容器相结合构成栈、队列和优先队列容器，提供了栈、队列和优先队列的功能。

3、迭代器

 迭代器是面向对象版本的指针，他们提供了访问容器和序列中每个元素的方法。实际上指针也是一种迭代器。很多容器和序列提供了类似于current()的成员函数，返回迭代其所指向的元素的地址或引用。类似于指针，迭代器可以调用next()和previous()等成员函数顺序遍历容器。

4、算法

c++标准模板库中包括70多个算法，这些算法覆盖了相当大的应用领域。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，这些算法的一个最重要的特性就是他们的统一性，并且可以广泛应用于不同的对象和内置的数据类型。

5、容器的接口

在有效使用容器之前，理解容器类的接口是非常重要的。所谓的“接口”是指容器的方法（函数）和运算符。

每个容器包括一个或多个公有的构造、拷贝构造、析构函数。除此之外，所有的容器都支持一个运算符集合，这些运算符完成字典式的比较。

                                                                    所有标准容器定义的运算符

通用容器运算符                                                                                                说明

a==b                                                                                                  同类容器的等于操作

a!=b                                                                                           同类容器的不等于操作，和!(a==b)等价

a>b　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　                             如果b<a，返回布尔型true

a>=b                                                                                        如果!(a<b),返回布尔型true

a<b                                                                                         如果a<b，返回布尔型true

a<=b                                                                                      如果!(b<a),返回布尔型true

r=a　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　          容器的赋值操作，需要有r==a

注：假设有一容器类x，这里a和b是x的实例，r是类型x&的值。

所有的容器至少有4中迭代方法和4种访问方法，4种迭代方法用来访问容器中的元素，4种访问方法用来访问容器信息。

                                                    每种容器定义的迭代和访问方法

迭代方法                                                                    说明

begin()　　　　　　　　　　　　　　　　　　返回一个指向容器的第一个元素的迭代器(iterator)

end()　　　　　　　　　　　　　　　　　　　返回一个指向容器末尾值的迭代器

rbegin()　　　　　　　　　　　　　　　　　　返回reverse_iterator(end()),一个逆向迭代器，指向反序后的首元素

rend()　　　　　　　　　　　　　　　　　　　返回reverse_iterator *(begin()),一个逆向迭代器，指向反序后的尾元素。

访问方法　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　说明

size()　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　返回容器的元素数

max_size()　　　　　　　　　　　　　　　　　返回容器可以容纳的最大元素数

swap()　　　　　　　　　　　　　　　　　　　交换两个相同类型的容器

empty()　　　　　　　　　　　　　　　　　　如果容器为空或者size()=0，则返回真(true)。