Совет 31. Помните о существовании разных средств сортировки

Когда речь заходит об упорядочении объектов, многим программистам приходит в голову всего один алгоритм: sort (некоторые вспоминают о qsort, но после прочтения совета 46 они раскаиваются и возвращаются к мыслям о sort).

Действительно, sort — превосходный алгоритм, однако полноценная сортировка требуется далеко не всегда. Например, если у вас имеется вектор объектов Widget и вы хотите отобрать 20 «лучших» объектов с максимальным рангом, можно ограничиться сортировкой, позволяющей выявить 20 нужных объектов и оставить остальные объекты несортированными. Задача называется частичной сортировкой, и для ее решения существует специальный алгоритм partial_sort:

bool qualityCompare(const Widgets lhs, const Widgets rhs) {

// Вернуть признак сравнения атрибутов quality

// объектов lhs и rhs

}

partial_sort(widgets.begin(), // Разместить 20 элементов

widgets.begin()+20, // с максимальным рангом

widgets.end(), // в начале вектора widgets

qualityCompare);

// Использование widgets

После вызова partial_sort первые 20 элементов widgets находятся в начале контейнера и располагаются по порядку, то есть widgets [0] содержит Widget с наибольшим рангом, затем следует widgets[l] и т. д.

Если вы хотите выделить 20 объектов Widget и передать их 20 клиентам, но при этом вас не интересует, какой объект будет передан тому или иному клиенту, даже алгоритм partial_sort превышает реальные потребности. В описанной ситуации требуется выделить 20 «лучших» объектов Widget в произвольном порядке. В STL имеется алгоритм, который решает именно эту задачу, однако его имя выглядит несколько неожиданно — он называется nth_element.

Алгоритм nth_element сортирует интервал таким образом, что в заданной вами позиции п оказывается именно тот элемент, который оказался бы в ней при полной сортировке контейнера. Кроме того, при выходе из nth_element ни один из элементов в позициях до п не находится в порядке сортировки после элемента, находящегося в позиции п, а ни один из элементов в позициях после п не предшествует элементу, находящемуся в позиции п. Если такая формулировка кажется слишком сложной, это объясняется лишь тем, что мне приходилось тщательно подбирать слова. Вскоре я объясню причины, но сначала мы рассмотрим пример использования nth_element для перемещения 20 «лучших» объектов Widget в начало контейнера widgets:

nth_element(widgets.begin().//Переместить 20 «лучших» элементов

widgets.beginC)+20,//в начало widgets

widgets. end(),//в произвольном порядке

qualityCompare);

Как видите, вызов nth_element практически не отличается от вызова partial_sort. Единственное различие заключается в том, что partial_sort сортирует элементы в позициях 1-20, a nth_element этого не делает. Впрочем, оба алгоритма перемещают 20 объектов Widget с максимальными значениями ранга в начало вектора.

Возникает важный вопрос — что делают эти алгоритмы для элементов с одинаковыми значениями атрибута? Предположим, вектор содержит 12 элементов с рангом 1 и 15 элементов с рангом 2. В этом случае выборка 20 «лучших» объектов Widget будет состоять из 12 объектов с рангом 1 и 8 из 15 объектов с рангом 2. Но как алгоритмы partial_sort и nth_element определяют, какие из 15 объектов следует отобрать в «верхнюю двадцатку»? И как алгоритм sort выбирает относительный порядок размещения элементов при совпадении рангов?

Алгоритмы partial sort и nth_element упорядочивают эквивалентные элементы по своему усмотрению, и сделать с этим ничего нельзя (понятие эквивалентности рассматривается в совете 19). Когда в приведенном примере возникает задача заполнения объектами Widget с рангом 2 восьми последних позиций в «верхней двадцатке», алгоритм выберет такие объекты, какие сочтет нужным. Впрочем, такое поведение вполне разумно. Если вы запрашиваете 20 «лучших» объектов Widget, а некоторых объекты равны, то в результате возвращенные объекты будут по крайней мере «не хуже» тех, которые возвращены не были.

Полноценная сортировка обладает несколько большими возможностями. Некоторые алгоритмы сортировки стабильны. При стабильной сортировке два эквивалентных элемента в интервале сохраняют свои относительные позиции после сортировки. Таким образом, если Widget А предшествует Widget В в несортированном векторе widgets и при этом ранги двух объектов совпадают, стабильный алгоритм сортировки гарантирует, что после сортировки Widget А по-прежнему будет предшествовать Widget В. Нестабильный алгоритм такой гарантии не дает.

Алгоритм partial_sort, как и алгоритм nth_element, стабильным не является. Алгоритм sort также не обладает свойством стабильности, но существует специальный алгоритм stable_sort, который, как следует из его названия, является стабильным. При необходимости выполнить стабильную сортировку, вероятно, следует воспользоваться stable_sort. В STL не входят стабильные версии partial_sort и nth_element.

Следует заметить, что алгоритм nth_element чрезвычайно универсален. Помимо выделения n верхних элементов в интервале, он также может использоваться для вычисления медианы по интервалу и поиска значения конкретного процентиля :

vector::iterator begin(widgets.begin()); // Вспомогательные переменные

vector: iterator end(widgets.end()); // для начального и конечного

// итераторов widgets

vector::iterator goalPosition; // Итератор, указывающий на

// интересующий нас объект Widget

// Следующий фрагмент находит Widget с рангом median

goalPosition = begin + widgets.size()/2; // Нужный объект находится

// в середине отсортированного вектора

nth_element(begin.goalPosition.end. // Найти ранг median в widgets qualityCompare):

// goalPositon теперь указывает // на Widget с рангом median // Следующий фрагмент находит Widget с уровнем 75 процентилей

vector::size_type goalOffset - // Вычислить удаление нужного 0.25*wdgets.size():// объекта Widget от начала

nth_element(begin,begin+goalOffset,end, // Найти ранг в

qualityCompare):// begin+goalOffset теперь

// указывает на Widget // с уровнем 75 процентилей

Алгоритмы sort, stable_sort и parti al_sort хорошо подходят для упорядочивания результатов сортировки, а алгоритм nth_element решает задачу идентификации верхних п элементов или элемента, находящегося в заданной позиции. Иногда возникает задача, близкая к алгоритму nth_element, но несколько отличающаяся от него. Предположим, вместо 20 объектов Widget с максимальным рангом потребовалось выделить все объекты Widget с рангом 1 или 2. Конечно, можно отсортировать вектор по рангу и затем найти первый элемент с рангом, большим 2. Найденный элемент определяет начало интервала с объектами Widget, ранг которых превышает 2.

Полная сортировка потребует большого объема работы, совершенно ненужной для поставленной цели. Более разумное решение основано на использовании алгоритма partition, упорядочивающего элементы интервала так, что все элементы, удовлетворяющие заданному критерию, оказываются в начале интервала.

Например, для перемещения всех объектов Widget с рангом 2 и более в начало вектора widgets определяется функция идентификации:

bool hasAcceptableQualty(const Widgets w) {

// Вернуть результат проверки того, имеет ли объект w ранг больше 2

}

Затем эта функция передается при вызове partition:

vector::iterator goodEnd = // Переместить все объекты Widget.

partton(widgets.begin(),// удовлетворяющие условию

widgets.end() ,// hasAcceptableQuality. в начало

hasAcceptableQuality); // widgets и вернуть итератор

// для первого объекта.

// не удовлетворяющего условию

После вызова интервал от widgets.begin() до goodEnd содержит все объекты Widget с рангом 1 и 2, а интервал от goodEnd до widgets.end() содержит все объекты Widget с большими значениями ранга. Если бы в процессе деления потребовалось сохранить относительные позиции объектов Widget с эквивалентными рангами, вместо алгоритма partition следовало бы использовать stable_partition.

Алгоритмы sort, stable_sort, partial_sort и nth_element работают с итераторами произвольного доступа, поэтому они применимы только к контейнерам vector, string, deque и array. Сортировка элементов в стандартных ассоциативных контейнерах бессмысленна, поскольку эти контейнеры автоматически хранятся в отсортированном состоянии благодаря собственным функциям сравнения. Единственным контейнером, к которому хотелось бы применить алгоритмы sort, stable_sort, partial_sort и nth_element, является контейнер list — к сожалению, это невозможно, но контейнер list отчасти компенсирует этот недостаток функцией sort (интересная подробность: list:.-sort выполняет стабильную сортировку). Таким образом, полноценная сортировка list возможна, но алгоритмы partial_sort и nth_element приходится имитировать. В одном из таких обходных решений элементы копируются в контейнер с итераторами произвольного доступа, после чего нужный алгоритм применяется к этому контейнеру. Другое обходное решение заключается в создании контейнера, содержащего list:: iterator, применении алгоритма к этому контейнеру и последующему обращению к элементам списка через итераторы. Третье решение основано на использовании информации упорядоченного контейнера итераторов для итеративной врезки (splice) элементов list в нужной позиции. Как видите, выбор достаточно широк.

Алгоритмы partition и stable_partition отличаются от sort, stable_sort, partial_ sort и nth_element тем, что они работают только с двусторонними итераторами. Таким образом, алгоритмы partition и stable_partition могут использоваться с любыми стандартными последовательными контейнерами.

Подведем краткий итог возможностей и средств сортировки.

•Полная сортировка в контейнерах vector, string, deque и array: алгоритмы sort и stable_sort.

•Выделение n начальных элементов в контейнерах vector, string, deque и array: алгоритм partial_sort.

•Идентификация n начальных элементов или элемента, находящегося в позиции n, в контейнерах vector, string, deque и array: алгоритм nth_element.

•Разделение элементов стандартного последовательного контейнера на удовлетворяющие и не удовлетворяющие некоторому критерию: алгоритмы partition и stable_partition.

•Контейнер list: алгоритмы partition и stable_partition; вместо sort и stable_sort может использоваться list:: sort. Алгоритмы partial_sort или nth_element приходится имитировать. Существует несколько вариантов их реализации, некоторые из которых были представлены выше.

Чтобы данные постоянно находились в отсортированном состоянии, сохраните их в стандартном ассоциативном контейнере. Стоит также рассмотреть возможность использования стандартного контейнера priority_queue, данные которого тоже хранятся в отсортированном виде (контейнер priority_queue традиционно считается частью STL, но, как упоминалось в предисловии, в моем определении «контейнер STL» должен поддерживать итераторы, тогда как контейнер priority_queue их не поддерживает).

«А что можно сказать о быстродействии?» — спросите вы. Хороший вопрос. В общем случае время работы алгоритма зависит от объема выполняемой работы, а алгоритмам стабильной сортировки приходится выполнять больше работы, чем алгоритмам, игнорирующим фактор стабильности. В следующем списке алгоритмы, описанные в данном совете, упорядочены по возрастанию затрачиваемых ресурсов (времени и памяти):

При выборе алгоритма сортировки я рекомендую руководствоваться целью, а не соображениями быстродействия. Если выбранный алгоритм ограничивается строго необходимыми функциями и не выполняет лишней работы (например, partiti on вместо полной сортировки алгоритмом sort), то программа будет не только четко выражать свое предназначение, но и наиболее эффективно решать поставленную задачу средствами STL.

 

Совет 32. Сопровождайте вызовы remove-подобных алгоритмов вызовом erase

Начнем с краткого обзора remove, поскольку этот алгоритм вызывает больше всего недоразумений в STL. Прежде всего необходимо рассеять все сомнения относительно того, что делает алгоритм remove, а также почему и как он это делает. Объявление remove выглядит следующим образом:

template

ForwardIterator remove(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& value);

Как и все алгоритмы, remove получает пару итераторов, определяющих интервал элементов, с которыми выполняется операция. Контейнер при вызове не передается, потому remove не знает, в каком контейнере находятся искомые элементы. Более того, remove не может самостоятельно определить этот контейнер, поскольку не существует способа перехода от итератора к контейнеру, соответствующему ему.

Попробуем разобраться, как происходит удаление элементов из контейнера. Существует только один способ — вызов соответствующей функции контейнера, почти всегда некоторой разновидности erase (контейнер list содержит пару функций удаления элементов, имена которых не содержат erase). Поскольку удаление элемента из контейнера может производиться только вызовом функции данного контейнера, а алгоритм remove не может определить, с каким контейнером он работает, значит, алгоритм remove не может удалять элементы из контейнера. Этим объясняется тот удивительный факт, что вызов remove не изменяет количества элементов в контейнере:

vector v;

v.reserve(10);

for(int =l;i<=10;++i){

v.push_back(i);

};

// Создать vector и заполнить его

// числами 1-10 (вызов reserve описан

// в совете 14)

cout << v.size(); // Выводится число 10

v[3]=v[5]=v[9]=99; // Присвоить 3 элементам значение 99

remove(v.begin(),v.end(),99); // Удалить все элементы со значением 99

cout <

Чтобы понять смысл происходящего, необходимо запомнить следующее: Алгоритм remove «по настоящему» ничего не удаляет, потому что не может. На всякий случай повторю: ...потому что не может!

Алгоритм remove не знает, из какого контейнера он должен удалять элементы, а без этого он не может вызвать функцию «настоящего» удаления.

Итак, теперь вы знаете, чего алгоритм remove сделать не может и по каким причинам. Остается понять, что же он все-таки делает.

В общих чертах remove перемещает элементы в заданном интервале до тех пор, пока все «оставшиеся» элементы не окажутся в начале интервала (с сохранением их относительного порядка). Алгоритм возвращает итератор, указывающий на позицию за последним «оставшимся» элементом. Таким образом, возвращаемое значение можно интерпретировать как новый «логический конец» интервала.

В рассмотренном выше примере вектор v перед вызовом remove выглядел следующим образом:

Предположим, возвращаемое значение remove сохраняется в новом итераторе с именем newEnd:

vector::iterator newEnd(remove(v.begin (),v.end (), 99));

После вызова вектор v принимает следующий вид:

Вопросительными знаками отмечены значения элементов, «концептуально» удаленных из v, но продолжающих благополучно существовать.

Раз «оставшиеся» элементы v находятся между v.begin() и newEnd, было бы логично предположить, что «удаленные» элементы будут находиться между newEnd и v.end(). Но это не так\ Присутствие «удаленных» элементов в v вообще не гарантировано. Алгоритм remove не изменяет порядок элементов в интервале так, чтобы «удаленные» элементы сгруппировались в конце — он перемещает «остающиеся» элементы в начало. Хотя в Стандарте такое требование отсутствует, элементы за новым логическим концом интервала обычно сохраняют свои старые значения. Во всех известных мне реализациях после вызова remove вектор v выглядит так:

Как видите, два значения «99», ранее существовавших в v, исчезли, а одно осталось. В общем случае после вызова remove элементы, удаленные из интервала, могут остаться в нем, а могут исчезнуть. Многие программисты находят это странным, но почему? Вы просите remove убрать некоторые элементы, алгоритм выполняет вашу просьбу. Вы же не просили разместить удаленные значения в особом месте для последующего использования... Так в чем проблема? (Чтобы предотвратить потерю значений, вместо remove лучше воспользоваться алгоритмом partition, описанным в совете 31.)

На первый взгляд поведение remove выглядит довольно странно, но оно является прямым следствием принципа работы алгоритма. Во внутренней реализации remove перебирает содержимое интервала и перезаписывает «удаляемые» значения «сохраняемыми». Перезапись реализуется посредством присваивания.

Алгоритм remove можно рассматривать как разновидность уплотнения, при этом удаляемые значения играют роль «пустот», заполняемых в процессе уплотнения. Опишем, что происходит с вектором v из нашего примера.

1.Алгоритм remove анализирует v[0], видит, что данный элемент не должен удаляться, и перемещается к v[1]. То же самое происходит с элементами v[1] и v[2],

2.Алгоритм определяет, что элемент v[3] подлежит удалению, запоминает этот факт и переходит к v[4]. Фактически v[3] рассматривается как «дыра», подлежащая заполнению.

3.Значение v[4] необходимо сохранить, поэтому алгоритм присваивает v[4] элементу v[3], запоминает, что v[4] подлежит перезаписи, и переходит к v[5]. Если продолжить аналогию с уплотнением, элемент v[3] «заполняется» значением v[4], а на месте v[4] образуется новая «дыра».

4.Элемент v[5] исключается, поэтому алгоритм игнорирует его и переходит к v[6]. При этом он продолжает помнить, что на месте v[4] остается «дыра», которую нужно заполнить.

5.Элемент v[6] сохраняется, поэтому алгоритм присваивает v[6] элементу v[4], вспоминает, что следующая «дыра» находится на месте v[5], и переходит к v[7].

6.Аналогичным образом анализируются элементы v[7], v[8] и v[9]. Значение v[7] присваивается элементу v[5], а значение v[8] присваивается элементу v[6]. Элемент v[9] игнорируется, поскольку находящееся в нем значение подлежит удалению.

7.Алгоритм возвращает итератор для элемента, следующего за последним «оставшимся». В данном примере это элемент v[7].

Перемещения элементов в векторе v выглядят следующим образом:

Как объясняется в совете 33, факт перезаписи некоторых удаляемых значений имеет важные последствия в том случае, если эти значения являются указателями. Но в контексте данного совета достаточно понимать, что remove не удаляет элементы из контейнера, поскольку в принципе не может этого сделать. Элементы могут удаляться лишь функциями контейнера, отсюда следует и главное правило настоящего совета: чтобы удалить элементы из контейнера, вызовите erase после remove.

Элементы, подлежащие фактическому удалению, определить нетрудно — это все элементы исходного интервала, начиная с нового «логического конца» интервала и завершая его «физическим» концом. Чтобы уничтожить все эти элементы, достаточно вызвать интервальную форму erase (см. совет 5) и передать ей эти два итератора. Поскольку сам алгоритм remove возвращает итератор для нового логического конца массива, задача решается прямолинейно:

vector v;//См. ранее

v.erase (remove(v.begin().v.end(),99 ),v.end()); // Фактическое удаление

// элементов со значением 99 cout << v.size():

// Теперь выводится 7

Передача в первом аргументе интервальной формы erase возвращаемого значения remove используется так часто, что рассматривается как стандартная конструкция. Remove и erase настолько тесно связаны, что они были объединены в функцию remove контейнера list. Это единственная функция STL с именем remove, которая производит фактическое удаление элементов из контейнера:

list li;// Создать список

// Заполнить данными

li.remove(99);// Удалить все элементы со значением 99.

// Команда производит фактическое удаление

// элементов из контейнера, поэтому размер li

// может измениться

Честно говоря, выбор имени remove в данном случае выглядит непоследовательно. В ассоциативных контейнерах аналогичная функция называется erase, поэтому в контейнере list функцию remove тоже следовало назвать erase. Впрочем, этого не произошло, поэтому остается лишь смириться. Мир, в котором мы живем, не идеален, но другого все равно нет. Как упоминается в совете 44, для контейнеров list вызов функции remove более эффективен, чем применение идиомы erase/remove.

Как только вы поймете, что алгоритм remove не может «по-настоящему» удалять объекты из контейнера, применение его в сочетании с erase войдет в привычку. Не забывайте, что remove — не единственный алгоритм, к которому относится это замечание. Существуют два других remove-подобных алгоритма: remove_if и unique.

Сходство между remove и remove_if настолько прямолинейно, что я не буду на нем останавливаться, но алгоритм unique тоже похож на remove. Он предназначен для удаления смежных повторяющихся значений из интервала без доступа к контейнеру, содержащему элементы интервала. Следовательно, если вы хотите действительно удалить элементы из контейнера, вызов unique должен сопровождаться парным вызовом erase. В контейнере list также предусмотрена функция unique, производящая фактическое удаление смежных дубликатов. По эффективности она превосходит связку erase-unique.

 

Совет 33. Будьте внимательны при использовании remove-подобных алгоритмов с контейнерами указателей

Предположим, мы динамически создаем ряд объектов Widget и сохраняем полученные указатели в векторе:

class Widget {

public:

bool isCertified() const; // Функция сертификации объектов Widget

vector v; // Создать вектор и заполнить его указателями

v.push_back(new Widget); // на динамически созданные объекты Widget

Поработав с v в течение некоторого времени, вы решаете избавиться от объектов Widget, не сертифицированных функцией Widget, поскольку они вам не нужны. С учетом рекомендаций, приведенных в совете 43 (по возможности использовать алгоритмы вместо циклов), и того, что говорилось в совете 32 о связи remove и erase, возникает естественное желание использовать идиому erase-remove, хотя в данном случае используется алгоритм remove_if:

v.erase(remove_if(v.begin(), v.end(),// Удалить указатели на объекты

not1(mem_fun(&Widget::isCertified))). //Widget, непрошедшие v.end());// сертификацию.

// Информация о mem_fun

// приведена в совете 41.

Внезапно у вас возникает беспокойство по поводу вызова erase, поскольку вам смутно припоминается совет 7 — уничтожение указателя в контейнере не приводит к удалению объекта, на который он ссылается. Беспокойство вполне оправданное, но в этом случае оно запоздало. Вполне возможно, что к моменту вызова erase утечка ресурсов уже произошла. Прежде чем беспокоиться о вызове erase, стоит обратить внимание на remove_if.

Допустим, перед вызовом remove_if вектор v имеет следующий вид:

После вызова remove_if вектор выглядит примерно так (с итератором, возвращаемым при вызове remove_if):

Если подобное превращение кажется непонятным, обратитесь к совету 32, где подробно описано, что происходит при вызове remove (в данном случае — remove_if).

Причина утечки ресурсов очевидна. «Удаленные» указатели на объекты В и С были перезаписаны «оставшимися» указателями. На два объекта Widget не существует ни одного указателя, они никогда не будут удалены, а занимаемая ими память расходуется впустую.

После выполнения remove_if и erase ситуация выглядит следующим образом:

Здесь утечка ресурсов становится особенно очевидной, и к настоящему моменту вам должно быть ясно, почему алгоритмы remove и его аналоги (remove_if и unique) не рекомендуется вызывать для контейнеров, содержащих указатели на динамически выделенную память. Во многих случаях разумной альтернативой является алгоритм partition (см. совет 31).

Если без remove никак не обойтись, одно из решений проблемы заключается в освобождении указателей на несертифицированные объекты и присваивании им null перед применением идиомы erase-remove с последующим удалением из контейнера всех null-указателей:

void delAndNullifyUncertified(Widget*& pWidget) {

if(!pWidget()->isCertified()){ //Если объект *pWidget не сертифицирован,

delete pWidget; //удалить указатель

pWidget=0;//и присвоить ему null

}

for_each(v.begin(),.v.end(), // Удалить и обнулить все указатели на

delAndNullifyUncertified); // все указатели на объекты, не прошедшие

v.erase(remove(v.begin(),v.end(), // Удалить из v указатели null;

static_cast(0)), //0 преобразуется в указатель, чтобы С++

v.end()); //правильно определял тип третьего параметра

Приведенное решение предполагает, что вектор не содержит null-указателей, которые бы требовалось сохранить. В противном случае вам, вероятно, придется написать собственный цикл, который будет удалять указатели в процессе перебора. Удаление элементов из контейнера в процессе перебора связано с некоторыми тонкостями, поэтому перед реализацией этого решения желательно прочитать совет 9.

Если контейнер указателей заменяется контейнером умных указателей с подсчетом ссылок, то все трудности, связанные с remove, исчезают, а идиома erase-remove может использоваться непосредственно:

template class RCSP{..}; // RCSP = "Reference Counting Smart Pointer"

typedef RCSP RCSPW; // RCSPW = "RCSP to Widget"

vector v;

v.push_back(RCSPW(new Widget)):

v. erase(remove_if(v.begin() .v.end(),

not1(mem_fun(&Widget::isCertified))).

v.end()):

Чтобы этот фрагмент работал, тип умного указателя (например, RCSP) должен преобразовываться в соответствующий тип встроенного указателя (например Widget*). Дело в том, что контейнер содержит умные указатели, но вызываемая функция (например Widget:: i sCerti fed) работает только со встроенными указателями. Если автоматическое преобразование невозможно, компилятор выдаст сообщение об ошибке.

Если в вашем программном инструментарии отсутствует шаблон умного указателя с подсчетом ссылок, попробуйте шаблон shared_ptr из библиотеки Boost. Начальные сведения о Boost приведены в совете 50.

Независимо от того, какая методика будет выбрана для работы с контейнерами динамически созданных указателей — умные указатели с подсчетом ссылок, ручное удаление и обнуление указателей перед вызовом remove-подобных алгоритмов или другой способ вашего собственного изобретения — главная тема данного совета остается актуальной: будьте внимательны при использовании remove-подобных алгоритмов с контейнерами указателей. Забывая об этой рекомендации, вы своими руками создаете предпосылки для утечки ресурсов.

 

Совет 34. Помните о том. какие алгоритмы получают сортированные интервалы

Не все алгоритмы работают с произвольными интервалами. Например, для алгоритма remove (см. советы 32 и 33) необходимы прямые итераторы и возможность присваивания через эти итераторы. Таким образом, алгоритм не применим к интервалам, определяемым итераторами ввода, а также к контейнерам map/multimap и некоторым реализациям set/multiset (см. совет 22). Аналогично, многие алгоритмы сортировки (см. совет 31) требуют итераторов произвольного доступа и потому не могут применяться к элементам списка.

При нарушении этих правил компилятор выдает длинные, невразумительные сообщения об ошибках (см. совет 49). Впрочем, существуют и другие, более сложные условия. Самым распространенным среди них является то, что некоторые алгоритмы работают только с интервалами отсортированных значений. Данное требование должно неукоснительно соблюдаться, поскольку нарушение приводит не только к выдаче диагностических сообщений компилятора, но и к непредсказуемому поведению программы на стадии выполнения.

Некоторые алгоритмы работают как с сортированными, так и с несортированными интервалами, но максимальную пользу приносят лишь в первом случае. Чтобы понять, почему сортированные интервалы подходят лучше, необходимо понимать принципы работы этих алгоритмов.

Я знаю, что среди читателей встречаются приверженцы «силового запоминания». Ниже перечислены алгоритмы, требующие обязательной сортировки данных:

binary_search lower_bound

upper_bound equal_range

set_union set_intersection

set_difference set_symmetric_difference

merge inplace_merge

includes

Кроме того, следующие алгоритмы обычно используются с сортированными интервалами, хотя сортировка и не является обязательным требованием:

unique unique_copy

Вскоре будет показано, что в определении «сортированный интервал» кроется одно важное ограничение, но сначала позвольте мне немного прояснить ситуацию с этими алгоритмами. Вам будет проще запомнить, какие алгоритмы работают с сортированными интервалами, если вы поймете, для чего нужна сортировка.

Алгоритмы поиска binary_search, lower_bound, upper_bound и equal_range (см. совет 45) требуют сортированные интервалы, потому что их работа построена на бинарном поиске. Эти алгоритмы, как и функция bsearch из библиотеки С, обеспечивают логарифмическое время поиска, но взамен вы должны предоставить им заранее отсортированные значения.

Вообще говоря, логарифмическое время поиска обеспечивается не всегда. Оно гарантировано лишь в том случае, если алгоритмам передаются итераторы произвольного доступа. Если алгоритм получает менее мощные итераторы (например, двусторонние), он выполняет логарифмическое число сравнений, но работает с линейной сложностью. Это объясняется тем, что без поддержки «итераторной математики» алгоритму необходимо линейное время для перемещения между позициями интервала, в котором производится поиск.

Четверка алгоритмов set_unon, set_inesection, set_diffeence и set_symmetric_ difference предназначена для выполнения со множествами операций с линейным временем. Почему этим алгоритмам нужны сортированные интервалы? Потому что в противном случае они не справятся со своей задачей за линейное время. Начинает прослеживаться некая закономерность — алгоритмы требуют передачи сортированных интервалов для того, чтобы обеспечить лучшее быстродействие, невозможное при работе с несортированными интервалами. В дальнейшем мы лишь найдем подтверждение этой закономерности.

Алгоритмы merge и inplace_merge выполняют однопроходное слияние с сортировкой: они читают два сортированных интервала и строят новый сортированный интервал, содержащий все элементы обоих исходных интервалов. Эти алгоритмы работают с линейным временем, что было бы невозможно без предварительной сортировки исходных интервалов.

Перечень алгоритмов, работающих с сортированными интервалами, завершает алгоритм includes. Он проверяет, входят ли все объекты одного интервала в другой интервал. Поскольку includes рассчитывает на сортировку обоих интервалов, он обеспечивает линейное время. Без этого он в общем случае работает медленнее.

В отличие от перечисленных алгоритмов, unique и unique_copy способны работать и с несортированными интервалами. Но давайте взглянем на описание unique в Стандарте (курсив мой): «...Удаляет из каждой смежной группы равных элементов все элементы, кроме первого».

Иначе говоря, если вы хотите, чтобы алгоритм unique удалил из интервала все дубликаты (то есть обеспечил «уникальность» значений в интервале), сначала необходимо позаботиться о группировке всех дубликатов. Как нетрудно догадаться, именно эта задача и решается в процессе сортировки. На практике алгоритм unique обычно применяется для исключения всех дубликатов из интервала, поэтому интервал, передаваемый при вызове unique (или unique_copy), должен быть отсортирован. Программисты Unix могут обратить внимание на поразительное сходство между алгоритмом STL unique и командой Unix uniq — подозреваю, что совпадение отнюдь не случайное.

Следует помнить, что unique исключает элементы из интервала по тому же принципу, что и remove, то есть ограничивается «логическим» удалением. Если вы не совсем уверены в том, что означает этот термин, немедленно обратитесь к советам 32 и 33. Трудно выразить, сколь важно доскональное понимание принципов работы remove и remove-подобных алгоритмов. Общих представлений о происходящем недостаточно. Если вы не знаете, как работают эти алгоритмы, у вас будут неприятности.

Давайте посмотрим, что же означает само понятие «сортированный интервал». Поскольку STL позволяет задать функцию сравнения, используемую в процессе сортировки, разные интервалы могут сортироваться по разным критериям. Например, интервал int можно отсортировать как стандартным образом (то есть по возрастанию), так и с использованием greater, то есть по убыванию. Интервал объектов Widget может сортироваться как по цене, так и по дате. При таком изобилии способов сортировки очень важно, чтобы данные сортировки, находящиеся в распоряжении контейнера STL, была логически согласованы. При передаче сортированного интервала алгоритму, который также получает функцию сравнения, проследите за тем, чтобы переданная функция сравнения вела себя так же, как функция, применявшаяся при сортировке интервала.

Рассмотрим пример неправильного подхода:

vector v;

// Создать вектор, заполнить

// данными, отсортировать

sort(v.begin(),v.end(),greater0): // по убыванию.

// Операции с вектором

// (не изменяющие содержимого).

bool a5Exists = // Поиск числа 5 в векторе.

binary_search(v.begin(),v.end(),5); // Предполагается, что вектор

// отсортирован по возрастанию!

По умолчанию binary_search предполагает, что интервал, в котором производится поиск, отсортирован оператором < (то есть по возрастанию), но в приведенном примере вектор сортируется по убыванию. Как нетрудно догадаться, вызов binary_search (или lower_bound и т. д.) для интервала, порядок сортировки которого отличен от ожидаемого, приводит к непредсказуемым последствиям.

Чтобы программа работала правильно, алгоритм binary_search должен использовать ту же функцию сравнения, которая использовалась при вызове sort:

bool a5Exists = binаry_search(v.begin(),v.end(),5,greater ());

Все алгоритмы, работающие только с сортированными интервалами (то есть все алгоритмы, упоминавшиеся в данном совете, кроме unique и unique_copy), проверяют совпадение по критерию эквивалентности, как и стандартные ассоциативные контейнеры (которые также сортируются). С другой стороны, unique и unique_copy по умолчанию проверяют совпадение по критерию равенства, хотя при вызове этим алгоритмам может передаваться предикат, определяющий альтернативный смысл «совпадения». За подробной информацией о различиях между равенством и эквивалентностью обращайтесь к совету 19.

Одиннадцать алгоритмов требуют передачи сортированных интервалов для того, чтобы обеспечить повышенную эффективность, невозможную без соблюдения этого требования. Передавайте им только сортированные интервалы, помните о соответствии двух функций сравнения (передаваемой алгоритму и используемой при сортировке) и вы избавитесь от хлопот при проведении поиска, слияния и операций с множествами, а алгоритмы unique и unique_copy будут удалять все дубликаты — чего вы, вероятно, и добивались.

 

Совет 35. Реализуйте простые сравнения строк без учета регистра символов с использованием mismatch или lexicographical_compare

Один из вопросов, часто задаваемых новичками в STL — «Как в STL сравниваются строки без учета регистра символов?» Простота этого вопроса обманчива. Сравнения строк без учета регистра символов могут быть очень простыми или очень сложными в зависимости от того, насколько общим должно быть ваше решение. Если игнорировать проблемы интернационализации и ограничиться строками, на которые была рассчитана функция strcmp, задача проста. Если решение должно работать со строками в языках, не поддерживаемых strcmp (то есть практически в любом языке, кроме английского), или программа должна использовать нестандартный локальный контекст, задача чрезвычайно сложна.

В этом совете рассматривается простой вариант, поскольку он достаточно наглядно демонстрирует роль STL в решении задачи (более сложный вариант связан не столько с STL, сколько с проблемами локального контекста, упоминаемыми в приложении А). Чтобы простая задача стала интереснее, мы рассмотрим два возможных решения. Программисты, разрабатывающие интерфейсы сравнения строк без учета регистра, часто определяют два разных интерфейса: первый по аналогии с strcmp возвращает отрицательное число, ноль или положительное число, а второй по аналогии с оператором < возвращает true или false. Мы рассмотрим способы реализации обоих интерфейсов вызова с применением алгоритмов STL.

Но сначала необходимо определить способ сравнения двух символов без учета регистра. Если принять во внимание аспекты интернационализации, задача не из простых. Следующая функция сравнения несколько упрощена, но в данном совете проблемы интернационализации игнорируются, и эта функция вполне подойдет:

int ciCharCompare(char c1, char c2) // Сравнение символов без учета {

// регистра. Функция возвращает -1,

// если cl

// если cl>c2.

int lc1 = tolower(static_cast(c1));// См. Далее

int lс2 = tolower(static_cast(c2));

if (lc1

if (lc1>lc2) return 1;

return 0;

};

Функция ciCharCompare по примеру strcmp возвращает отрицательное число, ноль или положительное число в зависимости от отношения между c1 и с2. В отличие от strcmp, функция ciCharCompare перед сравнением преобразует оба параметра к нижнему регистру. Именно так и достигается игнорирование регистра символов при сравнении.

Параметр и возвращаемое значение функции tolower, как и у многих функций , относятся к типу int, но эти числа (кроме EOF) должны представляться в виде unsigned char. В С и С++ тип char может быть как знаковым, так и беззнаковым (в зависимости от реализации). Если тип char является знаковым, гарантировать его возможное представление в виде unsigned char можно лишь одним способом: преобразованием типа перед вызовом tolower, этим и объясняется присутствие преобразований в приведенном выше фрагменте (в реализациях с беззнаковым типом char преобразование игнорируется). Кроме того, это объясняет сохранение возвращаемого значения tolower в переменной типа int вместо char.

При наличии chCharCompare первая из двух функций сравнения строк (с интерфейсом в стиле strcmp) пишется просто. Эта функция, ciStringCompare, возвращает отрицательное число, ноль или положительное число в зависимости от отношения между сравниваемыми строками. Функция основана на алгоритме mismatch, определяющем первую позицию в двух интервалах, в которой элементы не совпадают.

Но для вызова mismatch должны выполняться некоторые условия. В частности, необходимо проследить за тем, чтобы более короткая строка (в случае строк разной длины) передавалась в первом интервале. Вся настоящая работа выполняется функцией ciStringCompareImp, а функция ciStringCompare лишь проверяет правильность порядка аргументов и меняет знак возвращаемого значения, если аргументы пришлось переставлять:

int ciStringCompareImpl(const string& si, // Реализация приведена далее

const string& s2);

int ciStringCompare(const string& s1,const string& s2) {

if (s1.size()<=s2.size() return cStringCompareImpl(s1,s2);

else return -ciStringComparelmpl(s2,s1);

}

Внутри ciStringCompareImpl всю тяжелую работу выполняет алгоритм mismatch. Он возвращает пару итераторов, обозначающих позиции первых отличающихся символов в интервалах:

int ciStringCompareImpl(const string& si,const string& s2) {

typedef pair string::const_iterator> PSCI; // string::const_iterator"

PSCI p = mismatch( // Использование ptr_fun

s1.begin(),s1,end(), // рассматривается

s2.begin(), // в совете 41

not2(ptr_fun(сiCharCompa re)));

if (p.first==s1.end()) { // Если условие истинно,

if (p.second==s2.end()) return 0; // либо si и s2 равны.

else return -1; // либо s1 короче s2

}

return ciCharCompare(*p.first,*p.second); // Отношение между строками }// соответствует отношению

// между отличающимися

// символами

Надеюсь, комментарии достаточно четко объясняют происходящее. Зная первую позицию, в которой строки различаются, можно легко определить, какая из строк предшествует другой (или же определить, что эти строки равны), В предикате, переданном mismatch, может показаться странной лишь конструкция not2(ptr_fun(ciCharCompare)). Предикат возвращает true для совпадающих символов, поскольку алгоритм mismatch прекращает работу, когда предикат возвращает false. Для этой цели нельзя использовать ciCharCompare, поскольку возвращается -1, 0 или 1, причем по аналогии с strcmp нулевое значение возвращается для совпадающих символов. Если передать ciCharCompare в качестве предиката для mismatch, С++ преобразует возвращаемое значение ciCharCompare к типу bool, а в этом типе нулю соответствует значение false — результат прямо противоположен тому, что требовалось! Аналогично, когда ciCharCompare возвращает 1 или -1, результат будет интерпретирован как true, поскольку в языке С все целые числа, отличные от нуля, считаются истинными логическими величинами. Чтобы исправить эту семантическую «смену знака», мы ставим not2 и ptr_fun перед ciCharCompare и добиваемся желаемого результата.

Второй вариант реализации ciStringCompare основан на традиционном предикате STL; такая функция может использоваться в качестве функции сравнения в ассоциативных контейнерах. Реализация проста и предельно наглядна, поскольку достаточно модифицировать ciCharCompare для получения функции сравнения символов с предикатным интерфейсом, а затем поручить всю работу по сравнению строк алгоритму lexicographical_compare, занимающему второе место в STL по длине имени:

bool ciCharLess(char c1, char c2)// Вернуть признак того,

{ // предшествует ли c1

// символу с2 без учета

return // регистра. В совете 46

tolower(static_cast(c1))< // объясняется, почему

tolower(static_cast(c2)); // вместо функции может

}// оказаться предпочтительным

// объект функции

bool ciStringCompare(const string& s1. const string& s2) {

return lexicographical_compare(s1.begin(),s1.end(), // Описание

s2.begin(),s2.end(), // алгоритма

ciCharLess);// приведено далее

}

Нет, я не буду долго хранить секрет. Самое длинное имя у алгоритма set_ symmetric_difference.

Если вы знаете, как работает lexicographical_compare, приведенный выше фрагмент понятен без объяснений, а если не знаете — это легко поправимо.

Алгоритм lexicographical_compare является обобщенной версией strcmp. Функция strcmp работает только с символьными массивами, а lexicographical_compare работает с интервалами значений любого типа. Кроме того, если strcmp всегда сравнивает два символа и определяет отношение между ними (равенство, меньше, больше), то lexicographical_compare может получать произвольный предикат, который определяет, удовлетворяют ли два значения пользовательскому критерию.

В предыдущем примере алгоритм lexicographical_compare должен найти первую позицию, в которой s1 и s2 различаются по критерию ciCharLess. Если для символов в этой позиции ciCharLess возвращает true, то же самое делает и lexicographical_ compare: если в первой позиции, где символы различаются, символ первой строки предшествует соответствующему символу второй строки, то первая строка предшествует второй. Алгоритм lexicographical_compare, как и strcmp, считает два интервала разных величин равными, поэтому для таких интервалов возвращается значение false: первый интервал не предшествует второму. Кроме того, по аналогии с strcmp, если первый интервал завершается до обнаружения различия, lexicographical_compare возвращает true — префикс предшествует любому интервалу, в который он входит.

Довольно о mismatch и lexicographical compare. Хотя в этой книге большое значение уделяется переносимости программ, я просто обязан упомянуть о том, что функции сравнения строк без учета регистра символов присутствуют во многих нестандартных расширениях стандартной библиотеки С. Обычно эти функции называются stricmp или strcmpi и по аналогии с функциями, приведенными в данном совете, игнорируют проблемы интернационализации. Если вы готовы частично пожертвовать переносимостью программы, если строки заведомо не содержат внутренних нуль-символов, а проблемы интернационализации вас не волнуют, то простейший способ сравнения строк без учета регистра символов вообще не связан с STL. Обе строки преобразуются в указатели const char* (см. совет 16), передаваемые при вызове stricmp или strcmpi:

int ciStringCompare(const string& si, const string& s2) {

return stricmp(sl.c_str().s2.c_str()); // В вашей системе вместо stricmp

} // может использоваться другое имя

Функции strcmp/strcmp, оптимизированные для выполнения единственной задачи, обычно обрабатывают длинные строки значительно быстрее, чем обобщенные алгоритмы msmatch и lexicographical_compare. Если быстродействие особенно важно в вашей ситуации, переход от стандартных алгоритмов STL к нестандартным функциям С вполне оправдан. Иногда самый эффективный путь использования STL заключается в том, чтобы вовремя понять, что другие способы работают лучше.

 

Совет 36. Правильно реализуйте copy_if

В STL имеется 11 алгоритмов, в именах которых присутствует слово сору:

сору cop_backward

replace_copy reverse_copy

replace_copy_if unique_copy

remove_copy rotate_copy

remove_copy _i f partial_sort_copy

uninitialzed_copy

Но как ни странно, алгоритма copy_if среди них нет. Таким образом, вы можете вызывать replace_copy_if и remove_copy_if, к вашим услугам copy_backward и reverse_copy, но если вдруг потребуется просто скопировать элементы интервала, удовлетворяющие определенному предикату, вам придется действовать самостоятельно.

Предположим, имеется функция для отбора «дефектных» объектов Widget:

bool isDefective(const Widget& w);

Требуется скопировать все дефектные объекты Widget из вектора в cerr. Если бы алгоритм copy_if существовал, это можно было бы сделать так:

vector widgets;

copy_if(widgets.begin(),widgets.end(),// He компилируется -

ostream_iterator(cerr,"\n").// в STL не существует

isDefective);// алгоритма copy_if

По иронии судьбы алгоритм copy_if входил в исходную версию STL от Hewlett Packard, которая была заложена в основу библиотеки STL, ставшей частью стандартной библиотеки С++. В процессе сокращения HP STL до размеров, подходящих для стандартизации, алгоритм copy_if остался за бортом.

В книге «The С++ Programming Language» [7] Страуструп замечает, что реализация copy_if выглядит элементарно — и он прав, но это вовсе не означает, что каждый программист сразу придет к нужному решению. Например, ниже приведена вполне разумная версия copy_if, которую предлагали многие программисты (в том числе и я):

template

typename OutputIterator,// реализация copy_if

typename Predicate>

OutputIterator copy_if(InputIterator begin,

InputIterator end,

OutputIterator destBegin,

Predicate p)

{

return remove_copy_if(begin,end,destBegin,not1(p));

}

Решение основано на простом факте: хотя STL не позволяет сказать «скопировать все элементы, для которых предикат равен true», но зато можно потребовать «скопировать все элементы, кроме тех, для которых предикат неравен true». Создается впечатление, что для реализации copy_if достаточно поставить not1 перед предикатом, который должен передаваться copy_if, после чего передать полученный предикат remove_copy_if. Результатом является приведенный выше код.

Если бы эти рассуждения были верны, копирование дефектных объектов Widget можно было бы произвести следующим образом:

copy_if(widgets.begin(),.widgets.end(),// Хорошо задумано,

ostream_iterator(cerr,"\n"), // но не компилируется

isDefective);

Компилятор недоволен попыткой применения not1 к isDefective (это происходит внутри copy_if). Как объясняется в совете 41, not1 не может напрямую применяться к указателю на функцию — сначала указатель должен пройти через ptr_fun. Чтобы вызвать эту реализацию copy_if, необходимо передать не просто объект функции, а адаптируемый объект функции. Сделать это несложно, однако возлагать эти хлопоты на будущих клиентов алгоритма STL нельзя. Стандартные алгоритмы STL никогда не требуют, чтобы их функторы были адаптируемыми, поэтому нельзя предъявлять это требование к copy_if. Приведенная выше реализация хороша, но недостаточно хороша.

Правильная реализация copy_if должна выглядеть так:

template

typename OutputIterator,// реализация copy_if

typename Predicate> OutputIterator copy_if(InputIterator begin.

InputIterator end, OutputIterator destBegin. Predicate p)

{

while begin!=end) { f(p(*begin)) *destBegn++ = *begin; ++begin;

}

return destBegn;

}

Поскольку алгоритм copy_if чрезвычайно полезен, а неопытные программисты STL часто полагают, что он входит в библиотеку, можно порекомендовать разместить реализацию copy_if — правильную реализацию! — в локальной вспомогательной библиотеке и использовать ее в случае надобности.

 

Совет 37. Используйте accumulate или for_each для обобщения интервальных данных

Иногда возникает необходимость свести целый интервал к одному числу или, в более общем случае, к одному объекту. Для стандартных задач обобщения существуют специальные алгоритмы. Так, алгоритм count возвращает количество элементов в интервале, а алгоритм count_if возвращает количество элементов, соответствующих заданному предикату. Минимальное и максимальное значение элемента в интервале можно получить при помощи алгоритмов min_element и max_element.

Но в некоторых ситуациях возникает необходимость обработки интервальных данных по нестандартным критериям, и в таких случаях нужны более гибкие и универсальные средства, нежели алгоритмы count, count_if, min_element и max_element. Предположим, вы хотите вычислить сумму длин строк в контейнере, произведение чисел из заданного интервала, усредненные координаты точек и т. д. В каждом из этих случаев производится обобщение интервала, но при этом критерий обобщения вы должны определять самостоятельно. Для подобных ситуаций в STL предусмотрен специальный алгоритм accumulate. Многим программистам этот алгоритм незнаком, поскольку в отличие от большинства алгоритмов он не находится в , а вместе с тремя другими «числовыми алгоритмами» (inner_product, adjacent_difference и partial_sum) выделен в библиотеку .

Как и многие другие алгоритмы, accumulate существует в двух формах. Первая форма, получающая пару итераторов и начальное значение, возвращает начальное значение в сумме со значениями из интервала, определяемого итераторами:

list ld;// Создать список и заполнить

// несколькими значениями типа double.

double sum = accumulate(ld.begin(),ld.end(),0,0); // Вычислить сумму чисел

// с начальным значением 0.0

Обратите внимание: в приведенном примере начальное значение задается в форме 0.0. Эта подробность важна. Число 0.0 относится к типу double, поэтому accumulate использует для хранения вычисляемой суммы переменную типа double. Предположим, вызов выглядит следующим образом:

double sum = accumulate(ld.begin(),ld.end(),0): // Вычисление суммы чисел

// с начальным значением 0; // неправильно!

В качестве начального значения используется int 0, поэтому accumulate накапливает вычисляемое значение в переменной типа int. В итоге это значение будет возвращено алгоритмом accumulate и использовано для инициализации переменной sum. Программа компилируется и работает, но значение sum будет неправильным. Вместо настоящей суммы списка чисел типа double переменная содержит сумму всех чисел, преобразуемую к int после каждого суммирования.

Алгоритм accumulate работает только с итераторами ввода и поэтому может использоваться даже с istream_iterator и istreambuf_iterator (см. совет 29):

cout << "The sum of the ints on the standard input is " // Вывести сумму

<< accumulate(istream_iterator(cin),// чисел из входного

istream_iterator(),// потока

0);

Из-за своей первой, стандартной формы алгоритм accumulate был отнесен к числовым алгоритмам. Но существует и другая, альтернативная форма, которой при вызове передается начальное значение и произвольная обобщающая функция. В этом варианте алгоритм accumulate становится гораздо более универсальным.

В качестве примера рассмотрим возможность применения accumulate для вычисления суммы длин всех строк в контейнере. Для вычисления суммы алгоритм должен знать две вещи: начальное значение суммы (в данном случае 0) и функцию обновления суммы для каждой новой строки. Следующая функция берет предыдущее значение суммы, прибавляет к нему длину новой строки и возвращает обновленную сумму:

string::size_type // См. далее

stringLengthSum(string::size_type sumSoFar, const string& s)

{

return sumSoFar + s.size();

}

Тело функции убеждает в том, что происходящее весьма тривиально, но на первый взгляд смущают объявления string::size_type. На самом деле в них нет ничего страшного. У каждого стандартного контейнера STL имеется определение типа size_type, относящееся к счетному типу данного контейнера. В частности, значение этого типа возвращается функцией size. Для всех стандартных контейнеров определение size_type должно совпадать с size_t, хотя теоретически нестандартные STL-совместимые контейнеры могут использовать в size_type другой тип (хотя я не представляю, для чего это может понадобиться). Для стандартных контейнеров запись контейнер :: size_type можно рассматривать как специальный синтаксис для size_t.

Функция stringLenghSum является типичным представителем обобщающих функций, используемых при вызове accumulate. Функция получает текущее значение суммы и следующий элемент интервала, а возвращает новое значение накапливаемой суммы. Накапливаемая сумма (сумма длин строк, встречавшихся ранее) относится к типу string::size_type, а обрабатываемый элемент относится к типу string. Как это часто бывает, возвращаемое значение относится к тому же типу, что и первый параметр функции.

Функция stringLenghSum используется в сочетании с accumulate следующим образом:

set ss;// Создать контейнер строк

// и заполнить его данными

string::size_type lengthSum =// Присвоить lengthSum

accumulate(ss.begin(),ss.end(), // результат вызова stringLengthSum 0,stringLengthSum); // для каждого элемента ss

// с нулевым начальным значением

Изящно, не правда ли? Произведение вычисляется еще проще, поскольку вместо написания собственной функции суммирования можно обойтись стандартным функтором multiplies:

vector vf;// Создать контейнер типа float

// и заполнить его данными

float product =// Присвоить product результат

accumulate(vf.begin(),vf.end(), // вызова multiplies

1.0,multples()); // для каждого элемента vf

// с начальным значением 1.0

Только не забудьте о том, что начальное значение вместо нуля должно быть равно единице (в вещественном формате, не в int!). Если начальное значение равно нулю, то результат всегда будет равен нулю — ноль, умноженный на любое число, остается нулем.

Последний пример не столь тривиален. В нем вычисляется среднее арифметическое по интервалу точек, представленных структурами следующего вида:

struct Point {

Point(double initX. double initY):x(initX),y(initY){};

double x.y;

};

В этом примере обобщающей функцией будет функтор PointAverage, но перед рассмотрением класса этого функтора стоит рассмотреть его использование при вызове accumulate:

list lp;

Point avg=

accumulate(lp.begin(),lp.end(),

Point( 0,0 ),

PointAverage());

// Вычисление среднего

// арифметического по точкам,

// входящим в список lр

Просто и бесхитростно, как и должно быть. На этот раз в качестве начального значения используется объект Point, соответствующий началу координат, а нам остается лишь помнить о необходимости исключения этой точки из вычислений.

Функтор PointAverage отслеживает количество обработанных точек, а также суммы их компонентов х и у. При каждом вызове он обновляет данные и возвращает средние координаты по обработанным точкам. Поскольку для каждой точки в интервале функтор вызывается ровно один раз, он делит суммы по составляющим х и у на количество точек в интервале. Начальная точка, переданная при вызове accumulate, игнорируется.

class PointAverage:

publiс binary_function{ public:

PointAverage():xSum(0),ySum(0),numPoints(0) {}

const Point operator() (const Point& avgSoFar, const Point& p)

++numPoints;

xSum += p.x;

ySum += p.y;

return Point(xSum/numPoints,ySum/numPoints);

}

private:

size_t numPoints;

double xSum;

double ySum;

Такое решение прекрасно работает, и лишь из-за периодических контактов с неординарно мыслящими личностями (многие из которых работают в Комитете по стандартизации) я могу представить себе реализации STL, в которых возможны проблемы. Тем не менее, PointAverage нарушает параграф 2 раздела 26.4.1 Стандарта, который, как вы помните, запрещает побочные эффекты по отношению к функции,передаваемой accumulate. Модификация переменных numPoints, xSum и ySum относится к побочным эффектам, поэтому с технической точки зрения приведенный выше фрагмент приводит к непредсказуемым последствиям. На практике трудно представить, что приведенный код может не работать, но чтобы моя совесть была чиста, я обязан специально оговорить это обстоятельство.

Впрочем, у меня появляется удобная возможность упомянуть о for_each — другом алгоритме, который может использоваться для обобщения интервалов. На for_each не распространяются ограничения, установленные для accumulate. Алгоритм for_each, как и accumulate, получает интервал и функцию (обычно в виде объекта функции), вызываемую для каждого элемента в интервале, однако функция, передаваемая for_each, получает только один аргумент (текущий элемент интервала), а после завершения работы for_each возвращает свою функцию (а точнее, ее копию — см. совет 38). Что еще важнее, переданная (и позднее возвращаемая) функция может обладать побочными эффектами.

Помимо побочных эффектов между for_each и accumulate существуют два основных различия. Во-первых, само название accumulate ассоциируется с вычислением сводного значения по интервалу, а название for_each скорее предполагает выполнение некой операции с каждым элементом интервала. Алгоритм for_each может использоваться дя вычисления сводной величины, но такие решения по наглядности уступают accumulate.

Во-вторых, accumulate непосредственно возвращает вычисленное значение, а for_each возвращает объект функции, используемый для дальнейшего получения информации. В С++ это означает, что в класс функтора необходимо включить функцию для получения искомых данных.

Ниже приведен предыдущий пример, в котором вместо accumulate используется for_each:

struct Point{...};// См. ранее

class PointAverage;

public unary_function{// См. совет 40

public:

PointAverage():xSum(0).ySum(0),numPoints(0) {}

void operator() (const Point& p)

{

++numPoints;

xSum += p.x;

ySum += p.y:

}

Point result() const {

return Point(xSum/numPoints,ySum/numPoints);

}

private:

size t numPoints;

double xSum;

double ySum;

};

list lp:

Point avg = for_each(lp.begin(),lp.end(),PointAverage()).result();

Лично я предпочитаю обобщать интервальные данные при помощи accumulate, поскольку мне кажется, что этот алгоритм наиболее четко передает суть происходящего, однако foreach тоже работает, а вопрос побочных эффектов для for_each не так принципиален, как для accumulate. Словом, для обобщения интервальных данных могут использоваться оба алгоритма; выберите тот, который вам лучше подойдет.

Возможно, вас интересует, почему у for_each параметр-функция может иметь побочные эффекты, а у accumulate — не может? Представьте, я бы тоже хотел это знать. Что ж, дорогой читатель, некоторые тайны остаются за пределами наших познаний. Чем accumulate принципиально отличается от for_each? Пока я еще не слышал убедительного ответа на этот вопрос.