算法的泛化过程(摘自《STL源码剖析》)
2017-02-08 22:13 jiayayao 阅读(1098) 评论(0) 编辑 收藏 举报将一个叙述完整的算法转化为程序代码,不是什么难事。然而,如何将算法独立与其所处理的数据结构之外,不受数据结构的羁绊呢?换个说法,如何将我们所写的程序算法适用于任何(或者大部分)未知的数据结构(比如array,vector,list等)呢?
关键在于,只要把操作对象的型别加以抽象化,把操作对象的标示法和区间目标的移动行为抽象化,整个算法也就在一个抽象层面上工作了。整个过程称为算法的泛型化(generalized),简称泛化。
以简单的循序查找为例,编写find()函数,在array中寻找特定值。面对整数array,写出如下程序:
int* find(int* arrayHead, int arraySize, int value) { int i=0; for (; i<arraySize; ++i) { if (arrayHead[i] == value) { break; } } return &(arrayHead[i]); }
该函数在某个区间内查找value。返回的是一个指针,指向它所找到的第一个元素;如果没有找到,就返回最后一个元素的下一位置(地址)。
“最后一个元素的下一位置”称为end。为什么不返回null?因为,end指针可以对其他种类的容器带来泛型效果,这是null所无法达到的。事实上一个指向array元素的指针,不但可以指向array内部任何位置,也可以指向array尾端以外的任何位置。只不过当指针指向array尾端以外的位置时,它只能用来与其他array指针相比较,不能提领(dereference)其值。
const int arraySize = 7; int ia[arraySize] = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}; int* end = ia + arraySize; int * ip = find(ia, sizeof(ia)/sizeof(int), 4); if (ip == end) { cout<<"4 not found"<<endl; } else { cout<<"4 found. "<<*ip<<endl; }
上述find()函数写法暴露了太多的实现细节(例如arraySize),为了让find()适用于所有类型的容器,其操作应该更抽象化些。让find()接受两个指针作为参数,标示一个操作区间:
int* find(int* begin, int*end, int value) { while(begin !=end && *begin != value) ++begin; return begin; }
由于find()函数之内并无任何操作是针对特定整数array而发的,所以我们可以把它改成一个template:
template<typename T> T* find(T* begin, T* end, const T& value) { // 注意,以下用到了operator!=, operator*, operator++ while (begin != end && *begin != value) ++begin; // 注意,以下返回操作用会引发copy行为 return begin; }
注意数值传递由pass by value改为pass by reference const, 因为value的型别可为任意,对象一大,传递成本便会提升。
在上述代码中,传入的指针必须支持以下四种操作行为:
- inequality 判断不相等
- dereferencelm 提领
- prefix increment 前置式递增
- copy 复制
上述操作符可以被重载(overload),find()函数就可以从原声(native)指针的思想框框中跳脱出来。我们可以设计一个class,拥有原生指针的行为,这就是迭代器(iterator):
template<typename Iterator, typename T> Iterator find(Iterator begin, Iterator end, const T& value) { while(begin != end && *begin != value) ++begin; return begin; }
这便是完全泛型化的find()函数。
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