Д. Стефенс - C++. Сборник рецептов

В данной главе я приведу решения распространенных задач численного программирования и продемонстрирую методы обобщенного программирования при написании эффективного программного кода, реализующего численные расчеты. В подходящих случаях я буду рекомендовать широко используемые библиотеки с открытым исходным кодом, имеющие дружественные коммерческие лицензии и подтвержденный послужной список. В этой главе рассматриваются основные методы обобщенного программирования, причем это делается постепенно, переходя от одного рецепта к другому.

Многие программисты, использующие С++, все же с недоверием относятся к шаблонам и обобщенному программированию из-за очевидной их сложности. Когда шаблоны впервые были введены в язык, они не были хорошо реализованы, а программисты и разработчики компиляторов не очень хорошо их понимали. В результате многие программисты, включая автора, избегали пользоваться обобщенным программированием на C++ в течение нескольких лет, пока эта технология не достигла зрелости.

В настоящее время обобщенное программирование рассматривается как мощная и полезная парадигма программирования, которая поддерживается в большинстве популярных языков программирования. Более того, технология разработки компиляторов C++ очень сильно усовершенствовалась, и работа современных компиляторов с шаблонами стала гораздо более эффективной и стандартизованной. В результате современный C++ стал очень мощным языком программирования научных и численных приложении.

Требуется найти количество элементов в контейнере.

Подсчитать количество элементов в контейнере можно при помощи функции-члена sizeили функции distance, определенной в заголовочном файле , как это делается в примере 11.1.

Пример 11.1. Подсчет количества элементов в контейнере

#include

#include

#include

using namespace std;

int main() {

vector v;

v.push_back(0);

v.push_back(1);

v.push_back(2);

cout << v.size() << endl;

cout << distance(v.begin(), v.end()) << endl;

}

Программа примера 11.1 выдает следующий результат.

3

3

Функция-член size, которая возвращает количество элементов стандартного контейнера, является наилучшим решением в тех случаях, когда доступен объект контейнера. В примере 11.1 я также продемонстрировал применение функции distance, потому что при написании обобщенного программного кода обычно имеешь дело только с парой итераторов. Работая с итераторами, вы часто не знаете тип контейнера и не имеете доступа к его функциям-членам.

Функция distance, как и большинство алгоритмов STL, в действительности является шаблонной функцией. Поскольку тип аргумента шаблона может автоматически выводиться компилятором по аргументам функции, вам не надо его передавать как параметр шаблона. Конечно, при желании можно явно указать тип параметра шаблона, как это сделано ниже.

cout << distance::iterator>(v.begin(), v.end()) << endl;

Производительность функции distanceзависит от типа используемого итератора. Время ее выполнения будет постоянным, если итератор ввода является итератором с произвольным доступом; в противном случае время ее работы будет линейным. (Концепция итератора рассматривается в рецепте 7.1.)

Рецепт 15.1.

Требуется найти максимальное или минимальное значение в контейнере.

Пример 11.2 показывает, как можно находить максимальные и минимальные элементы контейнера с помощью функций max_elementи min_element, определенных в заголовочном файле . Эти функции возвращают итераторы,. которые ссылаются на первый элемент, имеющий самое большое или самое маленькое значение соответственно.

Пример 11.2. Поиск минимального или максимального элемента контейнера

#include

#include

#include

using namespace std;

int getMaxInt(vector& v) {

return *max_element(v.begin(), v.end());

}

int getMinInt(vector& v) {

return *min_element(v.begin(), v.end());

}

int main() {

vector v;

for (int i=10; i < 20; ++i) v.push_back(i);

cout << "min integer = " << getMinInt(v) << endl;

cout << "max integer = " << getMaxInt(v) << endl;

}

Программа примера 11.2 выдает следующий результат.

min integer = 10

max integer =19

Вероятно, вы заметили, что выполняется разыменование значения, возвращаемого функциями min_elementи max_element. Это делается по той причине, что указанные функции возвращают итераторы, а не сами значения, поэтому результат должен быть разыменован. Возможно, вы посчитаете, что такая операция разыменования создает небольшое неудобство, однако это позволяет избежать лишнего копирования возвращаемого значения. Это может быть особенно важно, когда копирование возвращаемого значения обходится дорого (например, если это большая строка).

Обобщенные алгоритмы стандартной библиотеки, несомненно, достаточно полезны, однако более важно уметь самому писать свои собственные обобщенные функции получения минимального и максимального значения, находящегося в контейнере. Допустим, вам нужно иметь одну функцию, которая возвращает минимальные и максимальные значения, модифицируя переданные ей по ссылке параметры вместо возвращения пары значений или какой-нибудь другой структуры. В примере 11.3 продемонстрировано, как это можно сделать.

Пример 11.3. Обобщенная функция, возвращающая минимальное и максимальное значения

#include

#include

#include

using namespace std;

template

void computeMinAndMax(Iter_T first, Iter_T last, Value_T& min, Value_T& max) {

min = *min_element(first, last);

max = *max_element(first, last);

}

int main() {

vector v;

for (int i=10; i < 20; ++i) v.push_back(i);

int min = -1;

int max = -1;

computeMinAndMax(v.begin(), v.end(), min, max);

cout << "min integer = " << min << endl;

cout << "max integer = " << max << endl;

}

В примере 11.3 я написал шаблон функции computeMinAndMax, которая принимает два параметра шаблона: один — это тип итератора, другой — тип минимальных и максимальных значений. Поскольку оба параметра шаблона являются также параметрами функции, компилятор C++ может догадаться, какие два отдельных типа ( Iter_Tи Value_T) используются, как это я продемонстрировал в рецепте 11.1. Это позволяет мне не указывать явно тип параметров шаблона, как это сделано ниже.

compute_min_max::iterator, int>(...)