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CPP-17-STL-Cookbook
  • Introduction
  • 前言
  • 关于本书
  • 各章梗概
  • 第1章 C++17的新特性
    • 使用结构化绑定来解包绑定的返回值
    • 将变量作用域限制在if和switch区域内
    • 新的括号初始化规则
    • 构造函数自动推导模板的类型
    • 使用constexpr-if简化编译
    • 只有头文件的库中启用内联变量
    • 使用折叠表达式实现辅助函数
  • 第2章 STL容器
    • 擦除/移除std::vector元素
    • 以O(1)的时间复杂度删除未排序std::vector中的元素
    • 快速或安全的访问std::vector实例的方法
    • 保持对std::vector实例的排序
    • 向std::map实例中高效并有条件的插入元素
    • 了解std::map::insert新的插入提示语义
    • 高效的修改std::map元素的键值
    • std::unordered_map中使用自定义类型
    • 过滤用户的重复输入,并以字母序将重复信息打印出——std::set
    • 实现简单的逆波兰表示法计算器——std::stack
    • 实现词频计数器——std::map
    • 实现写作风格助手用来查找文本中很长的句子——std::multimap
    • 实现个人待办事项列表——std::priority_queue
  • 第3章 迭代器
    • 建立可迭代区域
    • 让自己的迭代器与STL的迭代器兼容
    • 使用迭代适配器填充通用数据结构
    • 使用迭代器实现算法
    • 使用反向迭代适配器进行迭代
    • 使用哨兵终止迭代
    • 使用检查过的迭代器自动化检查迭代器代码
    • 构建zip迭代适配器
  • 第4章 Lambda表达式
    • 使用Lambda表达式定义函数
    • 使用Lambda为std::function添加多态性
    • 并置函数
    • 通过逻辑连接创建复杂谓词
    • 使用同一输入调用多个函数
    • 使用std::accumulate和Lambda函数实现transform_if
    • 编译时生成笛卡尔乘积
  • 第5章 STL基础算法
    • 容器间相互复制元素
    • 容器元素排序
    • 从容器中删除指定元素
    • 改变容器内容
    • 在有序和无序的vector中查找元素
    • 将vector中的值控制在特定数值范围内——std::clamp
    • 在字符串中定位模式并选择最佳实现——std::search
    • 对大vector进行采样
    • 生成输入序列的序列
    • 实现字典合并工具
  • 第6章 STL算法的高级使用方式
    • 使用STL算法实现单词查找树类
    • 使用树实现搜索输入建议生成器
    • 使用STL数值算法实现傅里叶变换
    • 计算两个vector的误差和
    • 使用ASCII字符曼德尔布罗特集合
    • 实现分割算法
    • 将标准算法进行组合
    • 删除词组间连续的空格
    • 压缩和解压缩字符串
  • 第7章 字符串, 流和正则表达
    • 创建、连接和转换字符串
    • 消除字符串开始和结束处的空格
    • 无需构造获取std::string
    • 从用户的输入读取数值
    • 计算文件中的单词数量
    • 格式化输出
    • 使用输入文件初始化复杂对象
    • 迭代器填充容器——std::istream
    • 迭代器进行打印——std::ostream
    • 使用特定代码段将输出重定向到文件
    • 通过集成std::char_traits创建自定义字符串类
    • 使用正则表达式库标记输入
    • 简单打印不同格式的数字
    • 从std::iostream错误中获取可读异常
  • 第8章 工具类
    • 转换不同的时间单位——std::ratio
    • 转换绝对时间和相对时间——std::chrono
    • 安全的标识失败——std::optional
    • 对元组使用函数
    • 使用元组快速构成数据结构
    • 将void*替换为更为安全的std::any
    • 存储不同的类型——std::variant
    • 自动化管理资源——std::unique_ptr
    • 处理共享堆内存——std::shared_ptr
    • 对共享对象使用弱指针
    • 使用智能指针简化处理遗留API
    • 共享同一对象的不同成员
    • 选择合适的引擎生成随机数
    • 让STL以指定分布方式产生随机数
  • 第9章 并行和并发
    • 标准算法的自动并行
    • 让程序在特定时间休眠
    • 启动和停止线程
    • 打造异常安全的共享锁——std::unique_lock和std::shared_lock
    • 避免死锁——std::scoped_lock
    • 同步并行中使用std::cout
    • 进行延迟初始化——std::call_once
    • 将执行的程序推到后台——std::async
    • 实现生产者/消费者模型——std::condition_variable
    • 实现多生产者/多消费者模型——std::condition_variable
    • 并行ASCII曼德尔布罗特渲染器——std::async
    • 实现一个小型自动化并行库——std::future
  • 第10章 文件系统
    • 实现标准化路径
    • 使用相对路径获取规范的文件路径
    • 列出目录下的所有文件
    • 实现一个类似grep的文本搜索工具
    • 实现一个自动文件重命名器
    • 实现一个磁盘使用统计器
    • 计算文件类型的统计信息
    • 实现一个工具:通过符号链接减少重复文件,从而控制文件夹大小
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  1. 第1章 C++17的新特性

使用结构化绑定来解包绑定的返回值

C++17配备了一种新的特性——结构化绑定,其可以结合语法糖来自动推到类型,并可以从组对、元组和结构体中提取单独的变量。其他编程语言中,这种特性也被成为解包。

How to do it...

使用结构化绑定是为了能够更加简单的,为绑定了多个变量的结构体进行赋值。我们先来看下在C++17标准之前是如何完成这个功能的。然后,我们将会看到一些使用C++17实现该功能的例子:

  • 访问std::pair中的一个元素:假设我们有一个数学函数divide_remainder,需要输入一个除数和一个被除数作为参数,返回得到的分数的整数部分和余数。可以使用一个std::pair来绑定这两个值:

    std::pair<int, int> divide_remainder(int dividend, int divisor);

考虑使用如下的方式访问组对中的单个值:

const auto result (divide_remainder(16, 3));
std::cout << "16 / 3 is " <<
          << result.first << " with a remainder of "
          << result.second << '\n';

与上面的代码段不同,我们现在可以将相应的值赋予对应的变量,这样写出来的代码可读性更高:

auto [fraction, remainder] = divide_remainder(16, 3);
std::cout << "16 / 3 is "
          << fraction << " with a remainder of "
          << remainder << '\n';
  • 也能对std::tuple进行结构化绑定:让我们使用下面的实例函数,获取股票的在线信息:

std::tuple<std::string, std::chrono::system_clock::time_point, unsigned>
stock_info(const std::string &name);

我们可以使用如下的方式获取这个例子的各个变量的值:

const auto [name, valid_time, price] = stock_info("INTC");
  • 结构化绑定也能用在自定义结构体上。假设有这么一个结构体:

struct employee{
    unsigned id;
    std::string name;
    std::string role;
    unsigned salary;
};

现在我们来看下如何使用结构化绑定访问每一个成员。我们假设有一组employee结构体的实例,存在于vector中,下面使用循环将其内容进行打印:

int main(){
    std::vector<employee> employees{
        /* Initialized from somewhere */
    };

    for (const auto &[id, name, role, salary] : employees){
        std::cout << "Name: " << name
                  << "Role: " << role
                  << "Salary: " << salary << '\n';
    }
}

How it works...

结构化绑定以以下方式进行应用:

auto [var1, var2, ...] = <pair, tuple, struct, or array expression>;

  • var1, var2, ...表示一个变量列表,其变量数量必须匹配表达式所对应的结构。

  • <pair, tuple, struct, or array expression>必须是下面的其中一种:

    • 一个std::pair实例。

    • 一个std::tuple实例。

    • 一个结构体实例。其所有成员都必须是非静态成员,每个成员以基础类定义。结构体中的第一个声明成员赋予第一个变量的值,第二个声明的编程赋予第二个变量的值,依次类推。

    • 固定长度的数组。

  • auto部分,也就是var的类型,可以是auto,const auto,const auto&和auto&&。

Note:

不仅为了性能,还必须确保在适当的时刻使用引用,尽量减少不必要的副本。

如果中括号中变量不够,那么编译器将会报错:

std::tuple<int, float, long> tup(1, 2.0, 3);
auto [a, b] = tup; // Does not work

这个例子中想要将三个成员值,只赋予两个变量。编译器会立即发现这个错误,并且提示我们:

error: type 'std::tuple<int, float, long>' decomposes into 3 elements, but only 2 names were provided
auto [a, b] = tup;

There's more...

STL中的基础数据结构都能通过结构结构化绑定直接进行访问,而无需修改任何东西。考虑下面这个例子,循环中打印std::map中的元素:

std::map<std::string, size_t> animal_population {
  {"humans", 7000000000},
  {"chickens", 17863376000},
  {"camels", 24246291},
  {"sheep", 1086881528},
  /* ... */
};

for (const auto &[species, count] : animal_population) {
  std::cout << "There are " << count << " " << species
            << " on this planet.\n";
}

从std::map容器中获取元素的方式比较特殊,我们会在每次迭代时获得一个std::pair<const key_type, value_type>实例。另外每个实例都需要进行结构化绑定(key_type绑定到species字符串上,value_type为一个size_t格式的统计数字),从而达到访问每一个成员的目的。

在C++17之前,使用std::tie可达到类似的效果:

int remainder;
std::tie(std::ignore, remainder) = divide_remainder(16, 5);
std::cout << "16 % 5 is " << remainder << '\n';

这个例子展示了如何将结果组对解压到两个变量中。std::tie的能力远没有结构化绑定强,因为在进行赋值的时候,所有变量需要提前定义。另外,本例也展示了一种在std::tie中有,而结构化绑定没有的功能:可以使用std::ignore的值,作为虚拟变量。分数部分将会赋予到这个虚拟变量中,因为这里我们不需要用到分数值,所以使用虚拟变量忽略分数值。

Note:

使用结构化绑定时,就不能再使用std::tie创建虚拟变量了,所以我们不得不绑定所有值到命名过的变量上。对部分成员进行绑定的做法是高效的,因为编译器可以很容易的对未绑定的变量进行优化。

回到之前的例子,divide_remainder函数也可以通过使用传入输出参数的方式进行实现:

bool divide_remainder(int dividend, int divisor, int &fraction, int &remainder);

调用该函数的方式如下所示:

int fraction, remainder;
const bool success {divide_remainder(16, 3, fraction, remainder)};
if (success) {
  std::cout << "16 / 3 is " << fraction << " with a remainder of "
            << remainder << '\n';
}

很多人都很喜欢使用特别复杂的结构,比如组对、元组和结构体,他们认为这样避免了中间拷贝过程,所以代码会更快。对于现代编译器来说,这种想法不再是正确的了,这里编译器并没有刻意避免拷贝过程,而是优化了这个过程。(其实拷贝过程还是存在的)。

Note:

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Last updated 4 years ago

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与C的语法特征不同,将复杂结构体作为返回值传回会耗费大量的时间,因为对象需要在返回函数中进行初始化,之后将这个对象拷贝到相应容器中返回给调用端。现代编译器支持(RVO, return value optimization)技术,这项技术可以省略中间副本的拷贝。

返回值优化