C++_标准模板库STL概念介绍5-其他库与总结

C++还提供了其他一些类库，这些类库更加专用。

例如，头文件complex为复数提供了类模板complex，包含用于float、long和long double的具体化。

这个类提供了标准的复数运算以及能够处理复数的标准函数。

C++11新增的头文件random提供了更多的随机数功能。

头文件valarray提供的模板类valarray，这个类模板被设计成用于表示数值数组，

支持各种数值数组操作。例如将两个数组的内容相加，对数组的每个元素应用数学函数以及对数组进行线性代数运算。

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一、vector、valarray和array

这三个数组模板由三个不同的小组开发的，用于不同的目的：

vector模板是一个容器类和算法系统的一部分：它支持面向容器的操作，如排序、插入、重新排列、搜索、将数据转移到其他容器中等等；

valarray模板是面向数值计算的，不是STL的一部分：它没有push_back()和insert()方法，但为很多数学运算提供了简单、直观的接口；

array是为替代内置数组而设计的：它通过提供更好、更安全的接口，让数组更紧凑，效率更高。也不支持 push_back()和insert()方法；但提供多个STL方法，使得很容易将STL算法用于array对象。

vector<double> ved1(10), ved2(10), ved3(10);

array<double,10> vod1, vod2, vod3;

valarray<double> vad1(10), vad2(10), vad3(10);

同时，假设ved1、ved2、vod1、vod2、vad1、vad2都有合适的值。

要将两个数组中第一个元素的和赋给第三个数组的第一个元素，可以这样做：

1、使用vector类时

　　transform(ved1.begin(), ved.end(), ved2.begin(),ved3.begin(), plus<double>());

2、使用array类时

　　transform(vod1.begin(), vod1.end(), vod2.begin(), vod3.begin(), plus<double>());

3、valarray类重载了所有算术运算符，使其能够用于valarray对象，因此可以这样做： 

　　vad3 = vad1 + vad2;  //重载+运算符

　　vad3 = vad1 * vad2;  //重载*运算符

要将数组中每个元素的值扩大2.5倍，STL方法如下：

transform(ved3.begin(), ved3.end(), ved3.begin(), bind1st(multiples<double>(), 2.5));

valarray类重载了将valarray对象乘以一个值的运算符；还重载了各种组合赋值运算符，因此可以采取下列两种方法：

　　vad3 = 2.5 * vad3;  //重载 *

　　vad3 *= 2.5;   //重载 *=

假设要计算数组中每个元素的自然对数，并将计算结果存储到另一个数组的相应元素中，STL方法如下：

transform(ved1.begin(), ved1.end(), ved3.begin(), log);

valarray类重载了这种数学函数，使之接受一个valarray参数，并返回一个valarray对象，因此可以这样做：

vad3 = log(vad1);   //log()  重载

valarray类提供了更清晰的表示方式，但通用性更低；

valarray类关注的东西更少，使得接口更加简洁；

 //接下来的例子比较了vector和valarray

//valvect.cpp  --  comparing vector and valarray
#include <iostream>
#include <valarray>
#include <vector>
#include <algorithm>

int main()
{
    using namespace std;
    vector<double> data;
    double temp;

    cout<<""Enter numbers (<= to quit):
;
    while(cin >> temp && temp >0)
        data.push_back(temp);
    sort(data.begin(), data.end());
    int size = data.size();
    valarray<double> numbers(size);
    int i;
    for(i = 0; i < size; i++)
        numbers[i] = data[i];
    valarray<double> sq_rts(size);
    sq_rts = sqrt(numbers);
    valarray<double> results(size);
    results = numbers + 2.0 * sq_rts;
    cout.setf(ios_base::fixed);
    cout.precision(4);
    for(i = 0; i<size; i++)
    {
        cout.width(8);
        cout<<numbers[i]<<": ";
        cout.width(8);
        cout<<results[i]<<endl;
    }
    cout<<"done
";
    return 0;
}

//vslice.cpp -- using valarray slices
#include <iostream>
#include <valarray>
#include <cstdlib>

const int SIZE = 12;
typedef std::valarray<int> vint;
void Show(const vint & v, int cols);

int main()
{
    using std::slice;
    using std::cout;
    vint valint(SIZE);

    int i;
    for(i = 0; i<SIZE; ++i)
        valint[i] = std::rand() % 10;
    cout <<"Original array:
";
    show(valint, 3);

    vint vcol(valint[slice(1,4,3)]);
    cout <<"Second column:
";
    show(vcol, 1);

    vint vrow(valint[slice(3,3,1)]);
    cout << "Second row:
";
    show(vrow, 3);

    valint[slice(2,4,3)] =10;
    cout<<"Set last column to 10:
";
    show(valint, 3);

    cout<<"Set first column to sum of next two:
";
    valint[slice(0,4,3)]= vint(valint[slice(1,4,3)])+vint(valint[slice(2,4,3)]);
    show(valint,3);
    return 0;
}

void show(const vint & v, int cols)
{
    using std::cout;
    using std::endl;
 
    int lim = v.size();
    for(int i = 0; i<lim; ++i)
    {
        cout.width(3);
        cout<<v[i];
        if(i % cols == cols -1)
            cout<< endl;
        else
            cout<<' ';

    }
    if(lim % cols != 0)
        cout<<endl;
}

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二、模板initializer_list (C++11)及使用initializer_list

initializer_list是C++11新增的；可以使用初始化列表语法将STL容器初始化为一系列值；

std::vector<double> payments {45.99, 39.23, 19.95, 89.01};

这将创建一个包含4个元素的容器，并使用列表中的4个值来初始化这些元素。

这样做之所以可行，是因为容器类现在包含将initializer_list<T>作为参数的构造函数。 

//list.cpp  -- use initializer_list (C++11 feature)
#include <iostream>
#include <initializer_list>

double sum(std::initializer_list<double> il);
double average(const std::initializer_list<double> & ril);

int main()
{
    using std::cout;

    cout<<"List 1: sum = "<< sum({2,3,4}) << ", ave = "<<average({2, 3, 4})<<'
';
    std::initializer_list<double> dl = {1.1, 2.2, 3.3, 4.4, 5.5};
    cout<<"List 2: sum = "<<sum(dl)<<", ave = "<<sum(dl);
    dl = {16.0, 25.0, 36.0, 40.0, 64.0};
    cout<<"List 3: sum = "<<sum(dl)<<", ave = "<<average(dl)<<"
";
    return 0;
}

double sum(std::initializer_list<double> il)
{
    double tot = 0;
    for(auto p = il.beigin();  p != il.end(); p++)
        tot += *p;
    return tot;
}

double average(const std::initializer_list<double> &ril)
{
    double tot = 0;
    int n = ril.size();
    double ave = 0.0;
    if(n>0)
    {
        for(auto p = ril.begin();  p != ril.end();  p++)
                tot += *p;
        ave = tot/n;
    }
}

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三、总结

1、C++提供了一组功能强大的库，这些库提供了很多常见编程问题的解决方案以及简化其他问题的工具；

2、string类为将字符串作为对象来处理提供了一组方便的方法；

3、智能指针模板使得管理由new分配的内存更加容易；

4、STL是一个容器类模板，迭代器类模板，函数对象模板和算法函数模板的集合，它们的设计都是一致的，基于泛型编程的原则；

5、STL使用术语“概念”来描述一组要求；

6、STL定义了很多容器类模板：vectordequelistsetmultisetmapmultimapitset；

7、有些算法被表示为容器的方法，但大多数算法是通过非成员函数实现的，这是通过将迭代器作为容器与算法之间的接口实现的；

8、容器和算法都是由其提供的或者需要的迭代器表征的；

9、STL还提供了函数对象，即函数符；函数对象是重载了()运算符的类。此外还有自适应函数符的概念。