C++、STL标准模板库和泛型编程 ——适配器（侯捷）--- 持续更新

适配器（Adapters）
- 容器适配器（Container Adapters）
- 仿函数适配器（Functor Adapters）
- - bind2nd（绑定第二实参）
  - not1
  - bind（新型适配器）
- 迭代器适配器（Iterator Adapters）
- - reverse_iterator
  - inserter
- X适配器
- - ostream_iterator
  - istream_iterator
补充
- Hash Function
- tuple
- type traits
- cout
- movable

使用一个东西，却不明白它的道理，不高明！—— 林语堂

阶段学习
使用C++标准库
认识C++标准库（胸中自有丘壑！）
良好使用C++标准库
扩充C++标准库

所谓 Generic Programming （GP，泛型编程），就是使用 template （模板）为主要工具来编写程序。

GP 是将 datas 和 methods 分开来；
- Containers和 Algorithms可各自闭门造车﹐其间以Iterator连通即可·
- Algorithms通过Iterators确定操作范围﹐也通过Iterators取用 Container元素。
OOP(Object-Oriented Programming)，企图将 datas 和 methods 关联在一起。

C++标准模板库Standard Template 最重要的六大部件(Components)：容器、算法、仿函数、迭代器、适配器、分配器

容器(Containers)是class template
算法(Algorithms)是function template （其内最终涉及元素本身的操作，无非就是比大小！）
迭代器(Iterators)是class template
仿函数(Functors)是class template
适配器(Adapters)是class template
分配器(Allocators)是class template

关系图：
在这里插入图片描述

适配器（Adapters）

可以把它理解为改造器，它要去改造一些东西；也可以理解为实现换肤功能。

已经存在的东西，改接口，改函数名等。。。

在这里插入图片描述

实现适配，可以使用继承（is a）、复合(has a) 的两种方式实现。
共性：STL使用 复合(has a) 来实现适配!

容器适配器（Container Adapters）

例如：stack和queue

具体定义查看：序列式容器的stack和queue容器

只使用一部分以及改接口，改函数名等。。。
把 复合（内涵） 的东西换一个风貌换一种风格出来！

仿函数适配器（Functor Adapters）

bind2nd（绑定第二实参）

把东西记起来，以备后面使用！

可以看到下面的这个例子，使用算法count_if:

第三个参数是一个predicate，也就是判断条件，有一个仿函数对象less<int>()，但是他被仿函数适配器bind2nd（将less的第二个参数绑定为 40）和 not1（取反）修饰，从而实现判断条件为是否小于40。

在这里插入图片描述
bind2nd调用binder2nd:

图上灰色的东西就是仿函数适配器和仿函数之间的问答！
- 这里就体现了仿函数为什么要继承适合的unary_function或者binary_function等类的原因！
还有一个细节：适配器适配之后的仿函数也能够继续被适配:
- 所以适配器要继承unary_function或者binary_function等类，这样才能回答另外一个适配器的问题。
- 问 bianry_fucntion 三个参数first_argument_type、second_argument_type、result_type。
- 提问前面都要加上typename，是为了让编译通过！
所以，仿函数必须能够回答适配器的问题，这个仿函数才是可适配的！

相对绑定第二实参，绑定第一实参为bind1st

not1

对一个Predicate取反。

not1是构造一个与谓词结果相反的一元函数对象。
not2是构造一个与谓词结果相反的二元函数对象。

一层套一层，像乐高积木一样！

在这里插入图片描述

bind（新型适配器）

替换了一些过时(bind1st、bind2st)的仿函数适配器!

在这里插入图片描述
std::bind 可以绑定：

functions
function objects
member functions，_1（占位符号）必须是某个object地址。
data members，_1必须是某个object地址。

返回一个function object ret。调用ret相当于调用上述的1，2，3或者相当于取出4.

示例：

// bind example
#include <iostream>     // std::cout
#include <functional>   // std::bind

// a function: (also works with function object: std::divides<double> my_divide;)
double my_divide (double x, double y) {return x/y;}

struct MyPair {
  double a,b;
  double multiply() {return a*b;}
};

int main () {
  // 占位符的使用方法！！！！！！！！
  using namespace std::placeholders;    // adds visibility of _1, _2, _3,...
  
  //---------------------绑定function，也就是前面的1---------------------
  // binding functions:
  auto fn_five = std::bind (my_divide,10,2);               // returns 10/2
  std::cout << fn_five() << '\n';                          // 5

  auto fn_half = std::bind (my_divide,_1,2);               // returns x/2
  std::cout << fn_half(10) << '\n';                        // 5

  auto fn_invert = std::bind (my_divide,_2,_1);            // returns y/x
  std::cout << fn_invert(10,2) << '\n';                    // 0.2

  auto fn_rounding = std::bind<int> (my_divide,_1,_2);     // returns int(x/y)
  std::cout << fn_rounding(10,3) << '\n';                  // 3

  MyPair ten_two {10,2};

  //---------------------绑定member functions，也就是前面的3---------------------
  // binding members:
  //member function 其实有一个看不见的实参argument :this
  auto bound_member_fn = std::bind (&MyPair::multiply,_1); // returns x.multiply()
  std::cout << bound_member_fn(ten_two) << '\n';           // 20

  //---------------------绑定member data，也就是前面的4---------------------
  auto bound_member_data = std::bind (&MyPair::a,ten_two); // returns ten_two.a
  std::cout << bound_member_data() << '\n';                // 10


  //-------------------------上面的bind2nd就可以替换了-------------------------
  vector<int> v {15, 37, 94, 50, 73, 58, 28, 98};
  int n = count_if(v.cbegin(), v.cend(), not1(bind2nd(less<int>(), 50)))
  cout << "n=" << n << endl; //5

  //替换
  auto fn_ = bind(less<int>(), _1, 50);
  cout << count_if(v.cbegin(), v.cend(), fn_) << endl;   //3
  
  return 0;
}

迭代器适配器（Iterator Adapters）

reverse_iterator

reverse_iterator
rbegin(){//取逆向的头，就是正向的尾巴
	return reverse_iterator(end());
}
	
reverse_iterator
rend(){//取逆向的尾巴，就是正向的头
	return reverse_iterator(begin());
}

也有五种关联类型：

在这里插入图片描述

inserter

可以不用担心copy到的目的容器大小不匹配的问题。
copy是写死的，我们调用copy，希望完成在容器指定位置插入一些值！具体的实现：

把相应的容器和迭代器传入inserter，对容器的迭代器中的 = 运算符进行重载，就能改变copy的行为！
因为这个是对迭代器的 = 运算符行为进行重定义，所以是迭代器的适配器。

在这里插入图片描述

X适配器

X表示未知：（容器、迭代器、函数，三大类之外的！）

包括ostream、istream迭代器适配器

ostream_iterator

copy都是已经写好的，不能再改了！
该适配器适配的是basic_ostream，也是重载了 = 运算符，添加输出操作！

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istream_iterator

ostream_iterator的兄弟，cin >> x被替换为了 x = *iit ，适配 basic_istream。

不断++,就不断读内容。

在这里插入图片描述
copy都是已经写好的，不能再改了！

当创建iit(cin)，已经读入数据了！
不断++,就不断读内容。

在这里插入图片描述

补充

标准库STL周边还有一些东西需要知道。

Hash Function

如果有一个我们自己的类，我们要怎么给这个类设计hash函数呢?

在这里插入图片描述

使用类中的成员变量的hash函数得到hash值，然后相加，（下面左上角）这个太naive了，可能会产生很多冲突。
所以使用右边那个！

args是C++11的新特性，任意多个参数都行，n个参数的args作为另外一个函数的输入的时候
- 先调用①，分配一个种子seed，再调用②；
- 在②里面拆分args，拆分成1 + n-1 的形式，递归调用自身，直到args只剩下一个参数时，调用③；
- 在②中拆分时，会不断改变种子seed：基本类型的hash函数 + 0x9e3779b9 + ... (越乱越好，没有数学可言，)。

也是使用想法一的思想，但是加入了更多的复杂的操作，使得得到的hash code冲突更少。

在这里插入图片描述

tuple

一组东西的组合，可以任意指定多少个元素，这些元素可以是任意的类型。

使用示例：

tuple<string, int, int, complex<double>> t;
sizeof(t); // 32， 为什么是32，而不是28呢？啊～侯捷也无法理解啊！

tuple<int, float, string> t1(41, 6.3, "test");
cout << "t1:" << get<0>(t1) << ' ' << get<1>(t1) << ' ' << get<2>(t1) << endl;

auto t2 = make_tuple(22, 44, "test2"); // t2也是一个tuple，自动推导类型

tuple_size< tuple<int, float, string> >::value; // 3
tuple_element< tuple<int, float, string> >::type; // 取tuple里面的类型

继承的是自己，会自动形成一个类的继承关系，注意有一个空的 tuple 类。

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type traits

trivial：琐碎的，平凡的，平淡无奇的，无关痛痒的，无价值的，不重要的。

泛化模板类，包括五种比较重要的typedef: 默认的回答都是重要的！

typedef _false_type has_trivial_default_constructor; 		//默认构造函数是不重要吗？
typedef _false_type has_trivial_copy_constructor;			//拷贝构造函数是不重要嘛？
typedef _false_type has_trivial_assignment_operator;		//拷贝赋值构造函数是不重要嘛？
typedef _false_type has_trivial_destructor;					//析构函数是不重要嘛？
typedef _false_type is_POD_type;							//是不是旧格式（struct，只有数据，没有方法）？

比如说对于int的type traits，五个问题的回答都不重要。一般是算法会对traits进行提问。实用性不高。

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type traits

现在的 traits机，非常智能:

只要把自己写的或者系统自带的类，作为 is_()::value 就能得到问题的答案，这些问题包括下面几种，不全：

测试：

//global function template
template <typename T>
void type_traits_output(const T& x)
{
	cout << "\ntype traits for type:" << typeid(T).name() << endl;
	
	cout << "is_void\t" << is_void<T>::value << endl;
	cout << "is_integral\t" << is_integral<T>::value << endl;
	cout << "is_array\t" << is_array<T>::value << endl;
	cout << "is_class\t" << is_class<T>::value << endl;
	cout << "is_function\t" << is_function<T>::value << endl;
	cout << "is_pointer\t" << is_pointer<T>::value << endl;
	cout << "is_object\t" << is_object<T>::value << endl;
	...
}

在这里插入图片描述

类型萃取机这么强的功能，是怎么实现的呢？下面以is_void为例：

首先去掉 const 和 volatile 这两种对得到类特征无用的修饰关键字，做法如下（主要是用模板技巧）；
然后将去掉 cv (就是const 和 volatile )关键字之后，再传入 __is_void_helper 模板类中，让其自己匹配是不是空类型，匹配到不同的模板类，返回不同的bool值。

在这里插入图片描述