三十分鐘掌握 STL

三十分鐘掌握 STL

這篇文章是我從北大BBS上轉來的，因爲BBS上的格式很亂，就自己用Markdown重新寫了一遍，一來加深記憶，二來作爲個人收藏，如果你覺得很有用，那就足夠了。以下爲正文。

這是本小人書。原名是《Using STL》，不知道是誰寫的。不過我倒覺得很有趣，所以花了兩個晚上把它翻譯出來。我沒有對翻譯出的內容校驗過。如果你沒法在三十分鐘內覺得有所收穫，那麼趕緊扔了它。文中我省略了很多東西。心疼吶！浪費我兩個晚上。

譯者：kary
contact: [email protected]

STL 概述

STL 的一個重要特點是數據結構和算法的分離。儘管這是個簡單的概念，但這種分離確實使得STL變得非常通用。例如，由於STL的sort()函數是完全通用的，你可以用它來操作幾乎任何數據集合，包括鏈表，容器和數組。

要點

STL算法作爲模板函數提供。

爲了和其他組件相區別，在本書中STL算法用後接一對圓括弧的方式表示，例如sort()。

STL另一個重要特性是它不是面向對象的。爲了具有足夠通用性，STL主要依賴於模板而不是封裝、繼承和虛函數（多態性）—— OOP的三個要素。你在STL中找不到任何明顯的類繼承關係。這好像是一種倒退，但這正好是使得STL的組件具有廣泛通用性的底層特徵。另外，由於STL是基於模板，內聯函數的使用使得生成的代碼短小高效。

提示

確保在編譯使用了STL的程序中至少要使用 -O 優化來保證內聯擴展。STL提供大量的模板類和函數，可以在OOP和常規編程中使用。所有的STL的大約50個算法都是完全通用的，而且不依賴於任何特定的數據類型。

下面的小節說明了三個基本的STL組件：

1. 迭代器提供了訪問容器中對象的方法。例如，可以使用一對迭代器指定list或vector中的一定範圍的對象。迭代器就如同一個指針。事實上，C++的指針也是一種迭代器。但是，迭代器也可以是那些定義了operator*()以及其他類似於指針的操作符的方法的類對象。

2. 容器是一種數據結構，如list，vector和deques，以模板類的方法提供。爲了訪問容器中的數據，可以使用由容器類輸出的迭代器。

3. 算法是用來操作容器中的數據的模板函數。例如，STL用sort()來對一個vector中的數據進行排序，用find()來搜索一個list中的對象。函數本身與他們操作的數據的結構和類型無關，因此他們可以在從簡單數組到高度複雜容器的任何數據結構上使用。

頭文件

爲了避免和其他頭文件衝突，STL的頭文件不再使用常規的.h擴展。爲了包含標準的string類，迭代器和算法，用下面的指示符：

#include <string>
#include <iterator>
#include <algorithm>

如果你查看STL的頭文件，你可以看到像iterator.h和stl_iterator.h這樣的頭文件。由於這些名字在各種STL實現之間都可能不同，你應該避免使用這些名字來引用這些頭文件。爲了確保可移植性，使用相應的沒有.h後綴的文件名。表1列出了最常使用的各種容器類的頭文件。該表並不完整，對於其他頭文件，我將在本章和後面的兩章中介紹。

表1 STL頭文件和容器類

include	Container Class
<deque>	deque
<list>	list
<map>	map, multimap
<queue>	queue, priority_queue
<set>	set, multiset
<stack>	stack
<vector>	vector, vector<bool>

名字空間

你的編譯器可能不能識別名字空間。名字空間就好像一個信封，將標誌符封裝在另一個名字中。標誌符只在名字空間中存在，因而避免了和其他標誌符衝突。例如，可能有其他庫和程序模塊定義了sort()函數，爲了避免和STL的sort()衝突，STL的sort()算法編譯爲std::sort()，從而避免了名字衝突。

儘管你的編譯器可能沒有實現名字空間，你仍然可以使用他們。爲了使用STL，可以將下面的指示符插入到你的源代碼文件中，典型的是在所有的#include指示符的後面：

using namespace std;

迭代器

迭代器提供對一個容器中的對象的訪問方法，並且定義了容器中對象的範圍。迭代器就如同一個指針。事實上，C++的指針也是一種迭代器。但是，迭代器不僅僅是指針，因此你不能認爲他們一定具有地址值。例如，一個數組索引，也可以認爲是一種迭代器。

迭代器有各種不同的創建方法。程序可能把迭代器作爲一個變量創建。一個STL容器類可能爲了使用一個特定類型的數據而創建一個迭代器。作爲指針，必須能夠使用*操作符獲取數據。你還可以使用其他數學操作符如++。典型的，++操作符用來遞增迭代器，以訪問容器中的下一個對象。如果迭代器到達了容器中的最後一個元素的後面，則迭代器變成past-the-end值。使用一個past-the-end值的指針來訪問對象是非法的，就好像使用NULL或未初始化的指針一樣。

提示

STL不保證可以從另一個迭代器來抵達一個迭代器。例如，當對一個集合中的對象排序時，如果你在不同的結構中指定了兩個迭代器，第二個迭代器無法從第一個迭代器抵達，此時程序註定要失敗。這是STL靈活性的一個代價。STL不保證檢測毫無道理的錯誤。

迭代器的類型

對於STL數據結構和算法，你可以使用五種迭代器。下面簡要說明了這五種類型：

• Input iterators 提供對數據的只讀訪問。
• Output iterators 提供對數據的只寫訪問。
• Forward iterators 提供讀寫操作，並能向前推進迭代器
• Bidirectional iterators 提供讀寫操作，並能向前和向後操作。
• Random access iterators 提供讀寫操作，並能在數據中隨機移動。

儘管各種不同的STL實現細節方面有所不同，還是可以將上面的迭代器想像爲一種類繼承關係。從這個意義上說我，下面的迭代器繼承自上面的迭代器。由於這種繼承關係，你可以將一個Forward迭代器作爲一個output或input迭代器使用。同樣，如果一個算法要求是一個bidirectional迭代器，那麼只能使用該種類型和隨機訪問迭代器。

指針迭代器

正如下面的小程序顯示的，一個指針也是一種迭代器。該程序同樣顯示了STL的一個主要特徵——它不只是能夠用於它自己的類類型，而且也能用於任何C或C++類型。iterdemo.cpp顯示瞭如何把指針作爲迭代器用於STL的find()算法來搜索普通的數組。

iterdemo.cpp

#include <iostream>
#include <algorithm>

using namespace std;

#define SIZE 100
int iarray[SIZE];

int main()
{
    iarray[20] = 50;

    int *ip = find(iarray, iarray + SIZE, 50);

    if(ip == iarray + SIZE)
        cout<<"50 not found in array"<<endl;
    else
        cout<<*ip<<" found in array"<<endl;

    return 0;
}

在引用了I/O流庫和STL算法頭文件（注意沒有.h後綴），該程序告訴編譯器使用std名字空間。

程序中定義了尺寸爲SIZE的全局變量，所以運行時數組自動初始化爲零。下面的語句將在索引20位置處的元素設置爲50，並使用find()算法來搜索值50:

iarray[20] = 50;
int *ip = find(iarray, iarray + SIZE, 50);

find()函數接受三個參數。頭兩個定義了搜索的範圍。由於C和C++數組等同於指針，表達式iarray指向數組的第一個元素。而第二個參數iarray+SIZE等同於past-the-end值，也就是數組中最後一個元素的後面位置。第三個參數是待定位置，也就是50.

find()函數返回和前兩個參數相同類型的迭代器，這兒是一個指向整數的指針ip。

提示

必須記住STL使用模板。因此，STL函數自動根據它們使用數據類型來構造。

爲了判斷find()是否成功，例子中測試ip和past-the-end值是否相等:

if(ip == iarray + SIZE) ...

如果表達式爲真，則表示在搜索範圍內沒有指定的值。否則就是指向一個合法對象的指針，這時可以用下面的語句顯示：

cout<<*ip<<" found in array"<<endl;

測試函數返回值和NULL是否相等是不正確的。不要像下面這樣使用：

int *ip = find(iarray, iarray + SIZE, 50);
if(ip != NULL) ...//incorrect

當使用STL函數時，只能測試ip是否和past-the-end值相等。儘管在本例中ip是一個C++指針，其用法也必須符合STL迭代器的原則。

容器迭代器

儘管C++指針也是迭代器，但用的更多的是容器迭代器。容器迭代器用法和iterdemo.cpp一樣，但和將迭代器聲明爲指針變量不同的是，你可以使用容器類方法來獲取迭代器對象。

兩個典型的容器類方法是begin()和end()。它們在大多數容器中表示整個容器範圍。其他一些容器還使用rbegin()和rend()方法提供反向迭代器，以按反向順序指定對象範圍。

下面的程序創建了一個矢量容器（STL中和數組等價的對象），使用迭代器在其中搜索。該程序和前一章中的程序相同。

vectdemo.cpp

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>

using namespace std;

vector<int> intVector(100);

void main()
{
    intVector[20] = 50;
    vector<int>::iterator intIter = find(intVector.begin(), intVector.end(), 50);

    if(intIter != intVector.end())
        cout<<"Vector contains value "<<*intIter<<endl;
    else
        cout<<"Vector does not contain 50"<<endl;
}

注意用下面的方法顯示搜索到的數據：

cout<<"Vector contains value "<<*intIter<<endl;

常量迭代器

和指針一樣，你可以給一個迭代器賦值。例如，首先聲明一個迭代器：

vector<int>::iterator first;

該語句創建了一個vector<int>類的迭代器。下面的語句將該迭代器設置到intVector的第一個對象，並將它指向的對象值設置爲123:

first = intVector.begin();
*first = 123;

這種賦值對於大多數容器類都是允許的，除了只讀變量。爲了防止錯誤賦值，可以聲明迭代器爲：

vector<int>:: const_iterator result;
result = find(intVector.begin(), intVector.end(), value);
if(result != intVector.end())
    *result = 123; //發生錯誤，不能給常量賦值

警告

另一種防止數據被改變的方法是將容器聲明爲const類型.

使用迭代器編程

你已經見到了迭代器的一些例子，現在我們將關注每種特定的迭代器如何使用。由於使用迭代器需要關於STL容器類和算法的知識，在閱讀了後面的兩章後你可能需要重新複習一下本章內容。

輸入迭代器

輸入迭代器是最普通的類型。輸入迭代器至少能夠使用==和!=測試是否相等;使用*來訪問數據；使用++操作來遞推迭代器到下一個元素或到達past-the-end值。

爲了理解迭代器以及STL函數是如何使用它們的，現在來看一下find()模板函數的定義:

template <class InputIterator, class T>
InputIterator find(InputIterator first, InputIterator last, const T& value)
{
    while(first != last && *first != value)
        ++first;
    return first;
}

注意

在find()算法中，注意如果first和last指向不同的容器，該算法可能陷入死循環。

輸出迭代器

輸出迭代器缺省只寫，通常用於將數據從一個位置拷貝到另一個位置。由於輸出迭代器無法讀取對象，因些你不會在任何搜索和其他算法中使用它。要想讀取一個拷貝的值，必須使用另一個輸入迭代器（或它的繼承迭代器）。

outIter.cpp

#include <iostream>
#include <algorithm> //need copy()
#include <vector> //need vector

using namespace std;

double darray[10] = { 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9 };

vector<double> vdouble(10);

int main()
{
    vector<double>:: iterator outputIterator = vdouble.begin();
    copy(darray, darray + 10, outputIterator);
    while(outputIterator != vdouble.end())
    {
        cout<<*outputIterator<<endl;
        outputIterator++;
    }
    return 0;
}

注意

當使用copy()算法的時候，你必須確保目標容器有足夠大的空間，或者容器本身是自動擴展的。

前推迭代器

前推迭代器能夠讀寫數據值，並能夠向前推進到下一個值。但是沒法遞減。replace()算法顯示了前推迭代器的使用方法。

template <class ForwardIterator, class T>
void replace(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& old_value, const T& new_value);

使用

replace()將[first, last]範圍內的所有值爲old_value的對象替換爲new_value：

replace(vdouble.begin(),vdouble.end(),1.5,3.1415926);

雙向迭代器

雙向迭代器要求能夠增減。如reverse()算法要求兩個雙向迭代器作爲參數：

template <class BidirectionalIterator>
void reverse(BidirectionalIterator first, BidirectionalIterator last);

使用

reverse()函數來對容器進行逆向排序：

reverse(vdoule.begin(), vdouble.end());

隨機訪問迭代器

隨機訪問迭代器能夠以任意順序訪問數據，並能用於讀寫數據（不是const的C++指針也是隨機訪問迭代器）。STL的排序和搜索函數使用隨機訪問迭代器。隨機訪問迭代器可以使用關係操作符作比較。

random_shuffle()

函數隨機打亂原先的順序聲明爲：

template <class RandomAccessIterator>
void random_shuffle(RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last);

使用方法

random_shuffle(vdouble.begin(), vdouble.end());

迭代器技術

要學會使用迭代器和容器以及算法，需要學習下面的新技術。

流和迭代器

本書的很多例子程序使用I/O流語句來讀寫數據。例如：

int value;
cout<<"Enter value:";
cin>>value;
cout<<"You entered "<<value<<endl;

對於迭代器，有另一種方法使用流和標準函數。理解的要點是將輸入/輸出流作爲
容器看待。因此，任何接受迭代器參數的算法都可以和流一起工作。

outStrm.cpp

#include <iostream>
#include <stdlib.h> // need rand(), srand()
#include <time.h> //need time()
#include <algorithm> //need sort(),copy()
#include <vector> //need vector
#include <iterator>

using namespace std;

void Display(vector<int>& v, const char *s);

int main()
{
    srand(time(NULL));
    vector<int> collection(10);
    for(int i = 0; i < 10; i++)
        collection[i]=rand()%10000;
    Display(collection, "Before sorting");
    sort(collection.begin(), collection.end());
    Display(collection, "After sorting");
    return 0;
}

void Display(vector<int>& v, const char *s)
{
    cout<<endl<<s<<endl;
    copy(v.begin(), v.end(), ostream_iterator<int>(cout, "\t"));
    cout<<endl;
}

函數Display()顯示瞭如何使用一個輸出流迭代器。下面的語句將容器中的值傳輸到cout輸出流對象中：

copy(v.begin(), v.end(), ostream_iterator<int>(cout, "\t"));

第三個參數實例化了ostream_iterator<int>類型，並將它作爲copy()函數的輸出目標迭代器對象。”\t”字符串是作爲分隔符。運行結果：

$ g++ outstrm.cpp
$ ./a.out

Before sorting
7136    8210    8265    5185    519     2906    2032    2273    101     4642

After sorting
101     519     2032    2273    2906    4642    5185    7136    8210    8265

這是STL神奇的一面。爲定義輸出流迭代器，STL提供了模板類ostream_iterator。這個類的構造函數有兩個參數：一個ostream對象和一個string值。因此可以象下面一樣簡單地創建一個迭代器對象：

ostream_iterator<int>(cout, "\n")

該迭代器可以和任何接受一個輸出迭代器的函數一起使用。

插入迭代器

插入迭代器用於將值插入到容器中。它們也叫適配器，因爲它們將容器適配或轉化爲一個迭代器，並用於copy()這樣的算法中。例如，一個程序定義了一個鏈表和一個矢量容器：

list<double> dList;
vector<double> dVector;

通過使用front_inserter迭代器對象，可以只用單個copy()語句就完成將矢量中的對象插入到鏈表前端的操作：

copy(dVector.begin(), dVector.end(), front_inserter(dList));

三種插入迭代器如下：

• 普通插入迭代器將對象插入到容器指定對象的前面
• Front inserters將對象插入到數據集的前面——例如，鏈表表頭。
• Back inserters將對象插入到集合的尾部——例如，矢量的尾部，導致矢量容器擴展。

使用插入迭代器可能導致容器中的其他對象移動位置，因而使得現存的迭代器非法。例如，將一個對象插入到矢量容器將導致其他值移動位置以騰出空間。一般來說，插入到像鏈表這樣的結構中更爲有效，因爲它們不會導致其他對象移動。

insert.cpp

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <list>
#include <iterator>

using namespace std;

int iArray[5] = {1,2,3,4,5};
void Display(list<int>& v, const char *s);

int main()
{
    list<int> iList;
    copy(iArray, iArray+5, front_inserter(iList));
    Display(iList, "Before find and copy");
    list<int>::iterator p = find(iList.begin(), iList.end(), 3);
    copy(iArray, iArray + 2, inserter(iList,p));
    Display(iList, "After find and copy");
    return 0;
}
void Display(list<int>& v, const char *s)
{
    cout<<s<<endl;
    copy(v.begin(), v.end(), ostream_iterator<int>(cout, " "));
    cout<<endl;
}

運行結果如下：

$ g++ insert.cpp
$ ./a.out
Before find and copy
5 4 3 2 1
After find and copy
5 4 1 2 3 2 1

可以將front_inserter替換爲back_inserter試試。

如果用find()去查找在列表中不存在的值，例如99。由於這時p將被設置爲past-the-end值，最後的copy()函數將iArray的值附加到鏈表的後部。

混合迭代器函數

在涉及到容器和算法的操作中，還有兩個迭代器函數非常有用：

• advance() 按指定的數目增減迭代器
• distance() 返回到達一個迭代器所需（遞增）操作的數目。

例如：

list<int> iList;
list<int>::iterator p = find(iList.begin(), iList.end(),2);
cout<<"before: p == "<<*p <<endl;
advance(p,2);
cout<<"after: p == "<<*p<<endl;
int k = 0;
//linux下應該寫爲 k=distance(p,iList.end());
distance(p, iList.end(),k);
cout<<"k == "<<k <<endl;

advance()函數接受兩個參數。第二個參數是向前推進的數目。對於前推迭代器，該值必須爲正，而對於雙向迭代器和隨機訪問迭代器，該值可以爲負。

使用distance()函數返回到達另一個迭代器所需要的步數。

注意

distance()函數是迭代的，也就是說，它遞增第三個參數。因此，你必須初始化參數。未初始化該參數幾乎註定要失敗。

在linux下的distance函數和在windows下的參數形式不同，注意！

函數和函數對象

STL中，函數被稱爲算法，也就是說它們和標準C庫函數相比，它們更爲通用。STL算法通過重載operator()函數實現爲模板類或模板函數。這些類用於創建函數對象，對容器中的數據進行各種各樣的操作。下面的幾節解釋如何使用函數和函數對象。

函數和斷言

經常需要對容器中的數據進行用戶自定義的操作。例如，你可能希望遍歷一個容器中所有對象的STL算法能夠回調自己的函數。例如：

#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <vector>
#include <algorithm>

using namespace std;

#define VSIZE  24
vector<long> v(VSIZE);

void initialize(long &ri);
void show(const long &ri);
bool isMinus(const long &ri);

int main()
{
    srand(time(NULL));
    for_each(v.begin(), v.end(), initialize);
    cout<<"Vector of signed long integers"<<endl;
    for_each(v. begin(), v.end(), show);
    cout<<endl;

    int count = 0;
    vector<long>::iterator p;
    p = find_if(v.begin(), v.end(), isMinus);
    while(p != v.end())
    {
        count++;
        p = find_if(p+1, v.end(), isMinus);
    }
    cout<<"Number of values:"<<VSIZE<<endl;
    cout<<"Negative values:"<<count<<endl;
    return 0;
}
void initialize(long &ri)
{
    ri = (rand() - (RAND_MAX/2));
}
void show(const long &ri)
{
    cout<<ri<<" ";
}
bool isMinus(const long &ri)
{
    return (ri<0);
}

所謂斷言函數，就是返回bool值的函數。

函數對象

除了給STL算法傳遞一個回調函數，你還可能需要傳遞一個類對象以便執行更復雜的操作。這樣一個對象就叫做函數對象。實際上函數對象就是一個類，但它和回調函數一樣可以被回調。例如，在函數對象每次被for_each()或find_if()函數調用時可以保留統計信息。函數對象是通過重載operator()()實現的。如果TanyClass定義了operator()()，那麼就可以這麼使用：

TanyClass object;
object();
for_each(v.begin(), v.end(), object);

STL定義了幾個函數對象。由於它們是模板，所以能夠用於任何類型，包括C/C++固有的數據類型，如long。有些函數對象從名字中就可以看出它的用途，如plus()和multiplies()。類似的greater()和less-equal()用於比較兩個值。

注意

有些版本的ANSI C++ 定義了times()函數對象，而GNU C++把它命名爲multiplies()。使用時必須包含頭文件<functional>。

一個有用的函數對象的應用是accumulate()算法。該函數計算容器中所有值的總和。記住這樣的值不一定是簡單的類型，通過重載operator+()，也可以是類對象。

accum.cpp

#include <iostream>
#include <numeric> //need accumulate()
#include <vector> //need vector
#include <functional> //need multiplies() or times()

using namespace std;

#define MAX 10
vector<long> v(MAX);

int main()
{
   for(int i = 0; i < MAX; i++)
       v[i] = i + 1;
   long sum = accumulate(v.begin(), v.end(), 0);
   cout<<"Sum of values =="<<sum<<endl;

   long product = accumulate(v.begin(), v.end(), 1, multiplies<long>());
   cout<<"Product of values =="<<product<<endl;
   return 0;
}

編譯輸出如下：
$ g++ accum.cpp
$ ./a.out
Sum of values == 55
Product of values == 3628800

注意使用了函數對象的accumulate()算法的用法。accumulate()在內部將每個容器中的對象和第三個參數作爲multiplies函數對象的參數，multiplies(1,v)計算乘積。VC中的這些模板的源代碼如下：

template <class _II, class _Ty>
inline _Ty accumulate(_II _F, _II _L, _Ty _V)
{
    for(; _F != _L; ++_F)
        _V = _V + *_F;
    return (_V);
}


template <class _II, class _Ty, class _Bop>
inline _Ty accumulate(_II _F, _II _L, _Ty _V, _Bop _B)
{
    for(; _F != _L; ++_F)
        _V = _B(_V, *_F);
    return (_V);
}

template <class _A1, class _A2, class _R>
struct binary_function{
    typedef _A1 first_argument_type;
    typedef _A2 second_argument_type;
    typedef _R result_type;
};

template <class _Ty>
struct multiplies:
binary_function<_Ty, _Ty, _Ty>
{
    _Ty operator()(const _Ty &_X, const _Ty &_Y) const
    {
        return (_X * _Y);
    }
};

引言：如果你想深入瞭解STL到底是怎麼實現的，最好的辦法是寫個簡單的程序，將程序中涉及到的模板源碼給copy下來，稍作整理，就能看懂了。所以沒有必要去買什麼《STL源碼剖析》之類的書籍，那些書可能反而浪費時間。

發生器函數對象

有一類有用的函數對象是“發生器”(generator)。這類函數有自己的內存，也就是說它能夠從先前的調用中記住一個值。例如隨機數發生器函數。

普通的C程序員使用靜態或全局變量“記憶”上次調用的結果。但這樣做的缺點是該函數無法和它的數據相分離，還有個缺點是要用TLS才能線程安全。顯然，使用類來封裝一塊:“內存”更安全可靠。先看一下例子：

randfunc.cpp

#include <iostream>
#include <stdlib.h> //need rand(), srand()
#include <time.h> //need random_shuffle()
#include <vector> //need vector
#include <functional> //need ptr_fun()
#include <algorithm>
#include <iterator>

using namespace std;

int iarray[10] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };

vector<int> v(iarray, iarray + 10);

void Display(vector<int>& vr, const char *s);

unsigned int RandInt(const unsigned int n);

int main()
{
    srand(time(NULL));
    Display(v, "Before shuffle:");
    pointer_to_unary_function<unsigned int, unsigned int> ptr_RandInt = ptr_fun(RandInt);
    random_shuffle(v.begin(), v.end(), ptr_RandInt);
    Display(v, "After shuffle:");
    return 0;
}
void Display(vector<int>& vr, const char *s)
{
    cout << endl << s << endl;
    copy(vr.begin(), vr.end(), ostream_iterator<int>(cout, " "));
    cout << endl;
}

unsigned int RandInt(const unsigned int n)
{
    return rand() % n;
}

編譯運行結果如下：
$ g++ randfunc.cpp
$ ./a.out
Before shuffle:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
After shuffle:
6 7 2 8 3 5 10 1 9 4

首先用下面的語句聲明一個對象
pointer_to_unary_function<unsigned int, unsigned int> ptr_RandInt = ptr_fun(RandInt);

這兒使用STL的單目函數模板定義了一個變量ptr_RandInt, 並將地址初始化到我們的函數RandInt()。單目函數接受一個參數，並返回一個值。現在random_shuffle()可以如下調用:

random_shuffle(v.begin(), v.end(), ptr_RandInt);

在本例子中，發生器只是簡單的調用rand()函數。

發生器函數類對象

下面的例子說明發生器函數類對象的使用。

fiborand.cpp

#include <iostream>
#include <algorithm> //need rand_shuffle()
#include <vector> //need vector
#include <functional> //need unary_function
#include <iterator>

using namespace std;

int iarray[10] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
vector<int> v(iarray, iarray + 10);
void Display(vector<int> &vr, const char *s);

template<class Arg>
class FiboRand:public unary_function<Arg, Arg>
{
    int i, j;
    Arg sequence[18];
public:
    FiboRand();
    Arg operator()(const Arg &arg);
};

void main()
{
    FiboRand<int> fibogen;
    cout<<"Fibonacci random number generator"<<endl;
    cout<<"using random_shuffle and a function object"<<endl;
    Display(v,"Before shuffle:");
    random_shuffle(v.begin(), v.end(), fibogen);
    Display(v, "After shuffle:");
}

void Display(vector<int> &vr, const char *s)
{
    cout<<endl<<s<<endl;
    copy(vr.begin(), vr.end(), ostream_iterator<int>(cout,""));
    cout<<endl;
}

template<class Arg>
FiboRand<Arg>::FiboRand()
{
    sequence[17]=1;
    sequence[16]=2;
    for(int n=15; n>0; n--)
        sequence[n]=sequence[n+1]+sequence[n+2];
    i=17;
    j = 5;
}

template<class Arg>
Arg FiboRand<Arg>::operator()(const Arg &arg)
{
    Arg k=sequence[i]+sequence[j];
    sequence[i]=k;
    i--;
    j--;
    if(i==0) i=17;
    if(j==0) j=17;
    return k % arg;
}

編譯運行輸出如下：

$ g++ fiborand.cpp
$ ./a.out
Fibonacci random number
generator
using random_shuffle and a
function object
Before shuffle:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
After shuffle:
6 8 5 4 3 7 10 1 9

該程序用完全不同的方法使用rand_shuffle。Fibonacci發生器封裝在一個類中，該類能從先前的“使用”中記憶運行結果。在本例中，類FiboRand維護了一個數組和兩個索引變量i和j。

FiboRand類繼承自unary_function()模板：

template<class Arg>
class FiboRand: public unary_function<Arg, Arg>{ ...

Arg是用戶自定義數據類型。該類還定義了兩個成員函數，一個是構造函數，另一個是operator()()函數，該操作符允許random_shuffle()算法像一個函數一樣“調用”一個FiboRand對象。

綁定器函數對象

一個綁定器使用另一個函數對象f()和參數值V創建一個函數對象。被綁定函數對象必須爲雙目函數，也就是說有兩個參數，A和B。STL中的綁定器有：

• bind1st() 創建一個函數對象，該函數對象將值V作爲第一個參數A。
• bind2nd() 創建一個函數對象，該函數對象將值V作爲第二個參數B。

舉例如下:

binder.cpp

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <functional>
#include <list>

using namespace std;

int iarray[10] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};

list<int> aList(iarray, iarray+10);

int main()
{
    int k = 0;
    k = count_if(aList.begin(), aList.end(), bind1st(greater<int>(),8));
    cout<<"Number elements < 8 == "<<k<<endl;
    return 0;
}

count_if()計算滿足特定條件的元素的數目。
這是通過將一個函數對象和一個參數捆綁爲一個對象，並將該對象作爲算法的第三個參數實現的。注意這個表達式：

bind1st(greater<int>(),8)

該表達式將greater<int>()和一個參數值8捆綁爲一個函數對象。由於使用了bind1st()，所以該函數相當於計算下述表達式：

8 > q

表達式中的q是容器中的對象。因此，完整的表達式

k = count_if(aList.begin(), aList.end(), bind1st(greater<int>(),8));

計算所有小於或等於8的對象的數目。

否定函數對象

所謂否定(negator)函數對象，就是它從另一個函數對象創建而來，如果原先的函數返回真，則否定函數對象返回假。有兩個否定函數對象：not1()和not2()。

not1()授受單目函數對象，not2()接受雙目函數對象。否定函數對象通常和綁定器一起使用。例如，上節中用bind1nd來搜索q<=8的值：

k = count_if(aList.begin(), aList.end(), bind1st(greater<int>(),8));

如果要搜索q>8的對象，則用bind2st。而現在可以這樣寫：

strat = find_if(aList.begin(), aList.end(), not1(bind1st(greater<int>(),8)));

你必須使用not1，因爲bind1st返回單目函數。

總結：使用標準模板庫（STL）

儘管很多程序員仍然在使用標準C函數，但是這就好像騎着毛驢尋找Mercedes一樣。你當然最終也會到達目標，但是你浪費了很多時間。

儘管有時候使用標準C函數確實方便（如使用sprintf()進行格式化輸出）。但是C函數不使用異常機制來報告錯誤，也不適合處理新的數據類型。而且標準C函數經常使用內存分配技術，沒有經驗的程序員很容易寫出bug來。

C++標準庫則提供了更爲安全，更爲靈活的數據集處理方式。STL最初由HP實驗室的Alexander Stepanov和Meng Lee開發。最近，C++標準委員會採納了STL，儘管在不同的實現之間仍有細節差別。

STL的最主要的兩個特點：數據結構和算法分離，非面向對象本質。訪問對象是通過像指針一樣的迭代器實現的，容器是像鏈表、矢量之類的數據結構，並按模板方式提供。算法是函數模板，用於操作容器中的數據。由於STL以模板爲基礎，所以能用於任何數據類型和結構。