【C++】Effective STL：50条有效使用STL的经验

第一条：慎重选择容器类型

1、C++容器：先混个眼熟

序列容器：array、vector、string、deque、list、forward_list
有序关联容器：set、map、multiset、multimap
无序关联容器：unordered_set、unordered_map、unordered_multiset、unordered_multimap
容器适配器：stack、queue、priority_queue

2、C++容器：简介

2.1 序列容器

序列容器实现了可以顺序访问的数据结构。

array：静态连续容器；
vector：动态连续容器，超出容器大小会自动分配内存；
deque：双端队列；
list：双链表；
forward_list：单链表；

2.2 有序关联容器

关联容器实现可以快速搜索的排序数据结构（O（log n）复杂度）。

set：只有键，没有值的集合，按键排序，并且键是唯一的；
map：键值对的集合，按键排序，并且键是唯一的；
multiset：只有键，没有值的集合，按键排序，键可以不唯一；
multimap：键值对的集合，按键排序，键可以不唯一；

2.3 无序关联容器

无序关联容器实现了可以快速搜索的未排序（哈希）数据结构（O（1）最好，O（n）最坏情况的复杂性）。

unordered_set：只有键，没有值的集合，按键哈希散列，并且键是唯一的；
unordered_map：键值对的集合，按键哈希散列，并且键是唯一的；
unordered_multiset：只有键，没有值的集合，按键哈希散列，键可以不唯一；
unordered_multimap：键值对的集合，按键哈希散列，键可以不唯一；

2.4容器适配器

容器适配器为顺序容器提供了不同的接口。
stack：先进后出；
queue：先进先出；
priority_queue：优先级队列

3、选择容器

默认序列容器：vector，先考虑vector是否符合要求，如果不符合再选择其它的；
容器大小从始至终不会变，选择array：例如记录一年中每个月的收入；
需要在序列中间做插入和删除操作，选择list；
需要在序列头部、尾部做插入和删除操作时，选择deque；

第二条：不要试图编写独立于容器类型的代码

1、禁止对容器进一步泛化

每一种容器是针对一类场景的泛化，不要试图进一步泛化容器。比如：针对当下场景使用vector容器，写代码时就围绕vector接口来写，不要试图写出能够兼容list、deque的代码。虽然这么做出发点是好的，但是最终总是误入歧途。

2、建议封装容器到类中

要想减少再替换容器类型时所需要修改的代码，可以把容器隐藏到一个类中，并尽量减少与容器相关的外部可见的接口。

第三条：确保容器中的对象拷贝正确而高效

1、使用智能指针

使拷贝动作高效、正确，并防止剥离问题发生的一个简单办法是使容器包含指针而不是对象，最佳选择是使用智能指针。

第四条：调用empty而不是检查size()是否为0

理由很的简单：empty对所有的标准容器都是常数时间操作，而对一些list实现，size耗时线性增长。

第五条：区间成员函数优于与之对应的单元素成员函数

1、区间成员函数

区间成员函数像STL算法一样，使用两个迭代器参数来确定该成员操作所执行的区间。

2、区间成员函数的优点

代码量少、表达清晰直接，易写易懂。

3、何时使用区间成员函数

1）通过利用插入迭代器的方式来限定目标区间的copy调用，几乎都应该被替换为对区间成员函数的调用；
2）所有标准容器都提供了使用区间创建的构造函数；
3）所有标准容器都提供了使用区间插入的insert函数；
4）所有标准容器都提供了使用区间删除的erase函数；
5）所有标准容器都提供了使用区间赋值的assign函数

第六条：当心C++编译器最烦人的分析机制

请使用命名的迭代器对象，这消除二义性，维护代码的人更容易理解。
这里举例一个容易犯错的代码：将变量定义写成了函数声明。

第七条：如果容器中包含了通过new操作创建的指针，切记在容器对象析构前将指针delete掉

STL容器很智能，但没有智能到知道是否该删除自己所包含的指针所指向的空间。为了避免内存泄漏，建议使用引用计数形式的智能指针对象。

第八条：切勿创建包含auto_ptr的容器对象

不多说了，很多年以前就不再使用auto_ptr了。

第九条：慎重选择删除元素的方法

1、删除特定值

对于连续容器，使用erase-remove：v.erase(remove(v.begin(), v.end(), 1987), c.end());
对于非连续容器list，使用remove函数；
对于关联容器，使用erase；

2、删除满足特定条件的对象

对于连续容器，使用erase-remove_if；
对于非连续容器，使用list::remove_if
对于关联容器，使用remove_copy_if和swap或者遍历使用erase，注意参数使用后缀递增；

第十条：了解分配子（allocator）的约定和限制

一个类型为T的对象，它的默认分配子allocator的两个类型定义分别是allocator::pointer和allocator::reference。
其他待完善，没有理解分配子的作用。

第十一条：理解自定义分配子的合理用法

第十二条：切勿对STL容器的线程安全性有不切实际的依赖

对容器成员函数的每次调用，都锁住容器直到调用结束；
在容器返回的每个迭代器的生存期结束前，都锁住容器；

第十三条：vector和string优先于动态分配的数组

不解释了，直接照做就是了。

第十四条：使用reserver来避免不必要的重新分配

reserver成员函数能使你把重新分配的次数减少到最低限度。
size：容器中有多少元素；注意：不等于容器容纳多少元素；
capacity：容器已经分配的内存可以容纳多少元素；
resize：强迫容器改变到包含n个元素的状态。
reserve：强迫容器把它的容器变为至少是n，如果n不小于当前的大小，会重新分配；如果小于，什么也不做。

第十五条：注意string实现的多样性

不同的string实现以不同的方式来组织下列信息：字符串的大小、容量capacity、字符串的值、对值的引用计数。

第十六条：了解如果把vector和string数据传给旧的API

vector返回C API：

vector<int> v;
if(!v.empty()){doSomething(&v[0], v.size());
}

注意：不要用v.begin()代替&v[0]

string返回C API：s.c_str();

第十七条：使用“swap技巧”除去多余的容量

class Contestant{... ...};
vector<Contestant> contestants;
... ...
vector<Contestant>(contestants).swap(contestants);

string s;
... ...
string(s).swap(s);

第十八条：避免使用vector

首先，它不是一个STL容器；
其次，它并不存储bool

代替方法：

deque<bool>
或者使用bitset

第十九条：理解相等（equality）和等价（equivalence）的区别

相等：operator==
等价：!(x<y) && !(y<x)，对于两个对象x和y，如果按照关联容器c的排列顺序，每个都不在另一个的前面，那么称这两个对象按照c的排列顺序是等价的。

第二十条：为包含指针的关联容器指定比较类型

如果什么也不做，默认是对指针的地址做排序。必须自己编写比较函数子类。
比较函数模板如下：

struct DereferenceLess {tumplate<typename PtrType>bool operator()(PtrType pT1, PtyType pT2) const{return *pT1 < *pT2;}
}

第二十一条：总是让比较函数在等值情况下返回false

如果比较函数在等值情况下返回true，两个相等的值，可能不等价。
比如使用less_equal(operator<=)作为比较函数，x=y=10时，!(x<=y) && !(y<=x)的结果为false，即最终会得出：x!=y

第二十二条：切勿直接修改set或multiset的值

所有的标准关联容器是按照一定顺序来存放的，如果修改了会打破容器的有序性。

第二十三条：考虑用排序的vector替代关联容器

如果元素少并且几乎不会有插入删除操作，可以考虑使用排序的vector替代关联容器，无论是空间还是时间都是最优的。

第二十四条：当效率至关重要时，请在map::operator[]和map::insert之间谨慎做出选择

map::operator[]的设计目的是为了提供“添加和更新”的功能；
在作为“添加”操作时，insert比operator[]效率高；
当作为“更新”操作时，优先使用operator[]

第二十五条：熟悉非标准的散列表

非标准的散列表：hast_set、hast_multiset、hash_map、hash_multimap
注意这里说的是旧版本的STL

第二十六条：iterator优先于const_iterator、reverse_iterator及const_reverse_iterator。

原因：
1、容器中的instert和crase函数的形参只接受iterator类型，不接受const_iterator、reverse_iterator及const_reverse_iterator。
2、从iterator到const_iterator，或者从reverse_iterator到const_reverse_iterator之间都存在隐式转换，但是反过来技术上可以实现，但不推荐，效率不能保证。
3、在同一个表达式中混用iterator和const_iterator，比如比较操作，会发生隐式转换，有时会出现问题。

第二十七条：使用distance和advance将容器的const_iterator转换成iterator

distance：用于取得两个迭代器之间的距离；
advance：用于将一个迭代器移动指定的距离。

typedef deque<int> IntDeque;
typedef IntDeque::iterator Iter;
typedef IntDeque::const_iterator ConstIter;IntDeque d;
ConstIter ci;
...
Iter i(d.begin()); /迭代器 i 指向容器 d 起始位置
advance(i, distance<ConstIter>(i, ci)); /注意这里指明distance所使用的类型为ConstIter

效率问题：对于随机访问的迭代器（如vector、string、deque产生的迭代器）而言，执行时间是常数时间；对于其他标准容器以及散列表的迭代器而言，执行时间是一个线性时间，因此推荐二十六条，尽量用iterator代替const_iterator

第二十八条：正确理解由reverse_iterator的base()成员函数所产生的iterator的用法

1、插入操作：如果要在一个迭代器reverse_iterator ri指定的位置上插入一个新元素，则只需在ri.base()位置处插入元素即可。
2、删除操作：如果要在一个迭代器reverse_iterator ri指定的位置上删除一个元素，要先递增ri，然后在调用base()函数，例如：v.erase((++ri).base());

第二十九条：对于逐个字符的输入请考虑使用istreambuf_iterator

对比istream_iterator，它在默认请看下会跳过空白字符，并且效率低。
读取一个文本文件的内容到一个string对象中，推荐的方案如下：

ifstream inputFile("test.txt");
string fileData((istreambuf_iterator<char>(inputFile)), istreambuf_iterator<char>());

第三十条：确保目标区间足够大

对于vector、string、deque、list容器在尾部插入对象时，需要使用back_inserter函数；
其中deque和list容器还可以使用front_inserter在头部插入对象。
为了提供插入操作的性能，对于vector和string容器可以使用reserve来提前分配好内存。

第三十一条：了解各种与排序有关的选择

按照性能由高到底排序：
1、partition：把满足特定条件的元素放到前面；
2、stable_partition：把满足特定条件的元素放到前面，并且是稳定的排序（在遇到相等的对象时，还会按照出场顺序排序）；
3、nth_element：找出部分最优的对象，可以不按照顺序，比如列出前十个，而且这十个可以不用排序；
4、partial_sort：部分排序；
5、sort：全部排序
6、stable_sort：稳定版本的全部排序，不仅全部排好序，而且在遇到相等的对象时，还会按照出场顺序排序。
注意：list::sort是稳定排序。

第三十二条：如果确实需要删除元素，则需要在remove这一类算法之后调用erase

注意：remove不能删除容器中元素。
因为从容器中删除元素的唯一方法是调用该容器的成员函数，而remove并不知道它操作的元素所在的容器，所以remove不可能从容器中输出删除元素。
remove实际功能：把不用被删除的元素放到容器前部，把需要被删除的元素放到容器尾部。
如果需要真正删除元素，需要使用erase和remove配合

vector<int> v;
...
v.erase(remove(v.begin(), v.end(), 99), v.end());

同理unique也需要和erase配合使用。

注意：list::remove会真正删除元素，并且比使用erase-remove配合使用更高效，list::unique也会真正删除元素。

第三十三条：对包含指针的容器使用remove这一类算法时要特别小心

对指针容器使用erase-remove组合来删除时，很可能造成内存泄漏。
其实在执行remove后，还没有执行erase之前已经发生内存泄漏。因为remove在将不需要删除的指针元素移动到容器头部时，会覆盖掉需要删除的指针元素，造成内存泄漏；
再执行erase时，也会造成内存泄漏，因为还没释放内存，就删除了指针。
同理：remove_if和unique也会造成内存泄漏。

解决方法有两种：
1、使用带有引用计数的智能指针
2、使用partition代替remove

第三十四条：了解哪些算法要求使用排序的区间作为参数

需要排序后才能使用的算法：

// 使用二分法查找的算法，需要先排序
binary_search
lower_bound
upper_bound
equal_range// 集合操作，为了提高效率（为了保证线性时间效率），需要先排序
set_union
set_intersection
set_defference
set_symmetric_defference// 合并操作，为了提高效率
merge
inplace_merge// 判断一个区间中的所有的对象是否都在另一个区间中，为了提高效率
includes

第三十五条：通过mismatch或lexicographical_compace实现简单的忽略大小写的字符串比较

略

第三十六条：理解copy_if算法的正确实现

STL中包含copy的算法

copy
copy_backward
replace_copy
replace_copy_if
reverse_copy
unique_copy
remove_copy
remove_copy_if
rotate_copy
partial_sort_copy
uninitialized_copy

但是就是没有copy_if算法，需要自己实现

template<typename InputIterator,typename OutputIteratortypename Predicate>
OutputIterator copy_if(InputIterator begin,InputIterator end,OutputIterator destBegin,Predicate p)
{while (begin != end) {if (p(*begin))*destBegin++ = *begin;++begin;}return destBegin;
}

第三十七条：使用accumulate或者for_each进行区间统计

count：统计一个区间中有多少个元素；
count_if：统计满足某个条件的元素个数；
min_element：获取区间中最小值；
max_element：获取区间中最大值；

accumulate：对区间进行自定义的操作，比如计算一个容器中字符串长度的总和。

/计算和
list<double> ld;
...
double sum = accumulate(ld.begin(), ld.end(), 0.0);/ 计算容器中字符串长度的总和
string::size_type
stringLengthSum(string::size_type sumSoFar ,const string& s)
{return sumSoFar + s.size();
}set<string> ss;
...//插入一些字符串
string::size_type lengthSum = accumulate(ss.begin(), ss.end(), static_cast<string::size_type>(0),stringLengthSum);
};

第三十八：遵循按值传递的原则来设计函数子类

1、在C和C++的标准库函数中，如果需要函数作为参数，需要使用函数指针，并且函数指针是按值传递的（被复制）；
2、在STL中，函数对象在函数之间来回传递也是按值传递（被复制）；
3、因为函数对象是按值传递，即需要来回复制，因此函数对象要尽可能的小；
4、函数对象必须是单态的（不能是多态），也就是说，它们不能有虚函数，因此在传递过程中，会出现剥离问题（slicing problem）：在对象复制过程中，派生部分可能会被去掉，而仅保留了基类部分。

第三十九：确保判别式是“纯函数”。

1、判别式函数（predicate function）：是一个返回值为bool类型（或者可以隐式地转换为bool类型）的函数。
2、判别式类（predicate class）：是一个函数类，它的operator()函数是一个判别式。
3、纯函数（pure function）：是指返回值仅仅依赖于其参数的函数。
4、在STL中容器使用的比较函数都是判别式，比如：find_if以及各种与排序相关的算法，这些算法要求每执行一次都要保证结果是唯一，不会受其他参数的干扰，比如全局变量、静态变量等。

第四十条：若一个类是函数类，则应使它可配接

1、STL函数配接器not1、not2、bind1st、bind2nd等都要求一些特殊的类型定义，提供这些必要的类型定义的函数对象被称为可配接的（adaptable）函数对象。
2、特殊的类型定义：argument_type、first_argument_type、second_argument_type、result_type
3、继承 std::unary_function、std::binary_function来完成上述的特殊的类型定义

第四十一条：理解ptr_fun、mem_fun和mem_fun_ref的来由

STL算法只支持非成员函数，不支持成员函数（无法通过编译），如果要使用成员函数需要使用ptr_fun、mem_fun或者mem_fun_ref来将成员函数封装到一个函数类中

第四十二条：确保less与operator<具有相同的语义

1、不要特化一个位于std名字空间中的模板
2、operator<是std::less默认实现方式，不要修改std::less的行为，因为这样做很可能会误导其它的程序员。

第四十三条：算法调用优先于手写的循环

1、先看一个手写循环和使用算法的例子
一个支持重画的类Widget

class Widget{
public:...void redraw() const;...
}

使用手写循环来重画容器list中的所有的Widget：

list<Widget> lw;
...
for (list<Widget>::iterator i=iw.begin(); i!=iw.end(); ++i){i->redraw();
}

使用for_each循环算法来完成

for_each(lw.begin(), lw.end()),mem_fun_ref(&Widget::redray)); 

mem_fun_ref：封装成员函数，使它可以用在算法中，因为算法只能使用非成员函数

2、使用算法的优点
效率高、可维护性好。
理由：略，一定要用起来

第四十四条：容器的成员函数优先于同名的算法

1、列举出这些函数
关联容器：count、find、lower_bound、upper_bound、equal_range
list容器：remove、remove_if、unique、sort、merge、reverse

2、理由
速度更快、成员函数通常与容器结合的更加紧密

第四十五条：正确区分count、find、binary_search、lower_bound、upper_bound和equal_range

1、如果容器的区间是排序好的使用：binary_search、lower_bound、upper_bound和equal_range，
这些算法是对数时间的效率。
2、如果容器的区间不是排序好的使用：count、count_if、find、find_if，
这些算法是线性时间的效率。

count：区间中是否存在某个特定的值？如果存在的话，有多少个拷贝？
find：区间中有这样的值吗？如果有，它在哪里？
两者还有一个区别：find找到后就返回，效率高；count要遍历一遍容器的区间

binary_search：测试一个排序的容器区间中是否存在某一个特定的值，返回true或者false；
equal_range：查找一个值在容器区间中的位置；
lower_bound：查找一个值在容器区间中第一次出现的位置，如果没有，则返回适合插入该值的位置；

第四十六条：考虑使用函数对象而不是函数作为STL算法的参数

使用函数对象比直接使用函数作为STL算法的参数，更高效。
原因是：编译器可以对函数对象做内敛优化，而函数作为参数，其实是指针，编译器不会对指针做优化。

第四十七条：避免产生“直写型”(wirte-only)的代码

1、不要写过于复杂的嵌套函数调用
2、注意添加代码的注释

第四十八条：总是包含（#include）正确的头文件

1、有些标准头文件可以省略，也可以通过编译，但是考虑移植性，强烈建议不要省略；
2、标准的STL容器都被声明在与之同名的头文件中：vector、list等，特殊的：multiset和set都在<set>中，map和multimap都在<map>中
3、算法被声明在<algorithm>中，除了下面四个
4、accumulate、inner_product、adjacent_difference、partial_sum被声明在<numeric>中
5、特殊类型的迭代器被声明在<iterator>中
6、标准的函数类和函数配接器被声明在<functional>中：如not1、bind2nd

第四十九条：学会分析与STL相关的编译器诊断信息

1、std::basic_string<… …>很长的一个信息，翻译成string就好；
2、vector和string的迭代器通常就是指针，所以错误的使用iterator错误信息中会有：double *
3、如果错误消息源于某一个STL算法的内部实现，那么也许在调用算法的时候，使用了错误的类型。

第五十条：熟悉与STL相关的web站点

SGI站点：www.sgi.com/tech/stl/
STLport站点：www.stlport.org
Boost：www.boost.org