Основные понятия стандартной библиотеки С++
Данная статья определяет основные понятия стандартной библиотеки С++. Она приводится для того чтобы на неё ссылаться в дальнейшем.
Наибольшей частью стандартной библиотеки С++ является библиотека STL (Standard Template Library — Стандартная Библиотека Шаблонов). Библиотека STL содержит пять основных видов компонентов:
- контейнер (container): управляет набором объектов в памяти.
- итератор (iterator): обеспечивает для алгоритма средство доступа к содержимому контейнера.
- алгоритм (algorithm): определяет вычислительную процедуру.
- функциональный объект (function object): инкапсулирует функцию в объекте для использования другими компонентами.
- адаптер (adaptor): адаптирует компонент для обеспечения различного интерфейса.
Все компоненты удовлетворяют ряду требований, поэтому хорошо согласуются друг с другом.
Из определения контейнера следует, что любая пользовательская структура данных является контейнером. В нашем случае контейнеры есть стандартные структуры данных, такие как список (list), вектор (vector), словарь (map) и многие другие. Формальные требования к контейнерам довольно обширны, но основным является правило доступа к элементам. Доступ к элементам контейнера осуществляется через специальные объекты — итераторы (см. ниже). Вы можете не знать, как располагаются элементы контейнера в памяти, однако вы точно знаете, что итераторы можно перебрать последовательно, и каждый из них предоставит доступ к элементу. Итератор, указывающий на первый элемент, можно получить при помощи метода iterator begin (); контейнера. Итератор, указывающий за последний элемент, можно получить при помощи метода iterator end (); контейнера. Другими словами, итераторы располагаются в полуинтервале (или полуотрезке), что можно формально записать как [begin, end). Пример объявления контейнера:
struct a_container {
struct an_iterator;
an_iterator begin();
an_iterator end();
};
В ожидаемом стандарте С++20 предложено использовать структуру, инкапсулирующую полуинтервалы — ranges
Итератор — объект, предоставляющий доступ к элементам контейнера и позволяющий их перебирать. Итератор является свойством контейнера. В первых реализациях стандартной библиотеки С++ итератор реализовывался как указатель на элемент контейнера. В современных реализациях это класс, инкапсулирующий указатель на объект контейнера.
Основные требования к итераторам — наличие операторов разыменования и инкремента. Ниже объявление контейнера с итератором.
template
struct a_container {
struct an_iterator {
void operator++();
TYPE& operator*();
};
an_iterator begin();
an_iterator end();
};
Я не могу дать лучшего определения алгоритма чем стандартное: алгоритмом называется последовательность действий, приводящая за конечное число шагов к необходимому результату.
В случае STL, алгоритмы реализуются шаблонными функциями, которые в качестве входных параметров принимают полуинтервалы итераторов. Общая сигнатура данных алгоритмов описывается следующим образом:
template
RESULT an_algorithm(ITERATOR first, ITERATOR last, ...);
В объявлении класса можно переопределить оператор (). Если этот оператор в классе переопределен, то объекты этого класса получают свойства функций (их можно использовать как функции). Такие объекты называются функциональными или функторами. Функторы удобно использовать, когда функция должна обладать «памятью», а также, как замена указателей на функции.
Начиная со стандарта С++11 существует возможность краткой записи функторов — лямбда-функции.
Каких-либо специальных требований к функторам нет. Разве что иногда может требоваться наследование от функтора function (до стандарта С++11 — unary_function или binary_function). Небольшой пример реализации функтора:
template
struct plus{
TYPE operator ()(const TYPE& p1, const TYPE& p2) const{
return p1 + p2;
}
};
Также STL предлагает ряд классов и функций (фукнторов), которые преобразуют интерфейс к нужному. В частности, есть адаптер stack, который на основе контейнеров реализует, соответственно, стэк. В качестве примера можно рассмотреть адаптер бинарной функции к унарной (на данный момент эта функция объявлена в стандарте С++ устаревшей):
template
class bind1st {
BIDIRECTIONAL_FUNCTION _bf;
TYPE _first;
public:
bind1st(BIDIRECTIONAL_FUNCTION bf, TYPE first): _bf(bf), _first(first) {}
TYPE operator()(const TYPE& p) const {
return _bf(_first, p);
}
};
Для самостоятельного чтения:
- Драфт стандарта С++20 на гитхабе, — https://github.com/cplusplus/draft
- C++ Reference, — https://en.cppreference.com/w/cpp
- Разработка приложений на С++, — https://sweethome.gitbook.io/advanced-cpp/
- Range-v3, предложение для стандарта, — https://ericniebler.github.io/range-v3/
