Страница 2 из 13
Таким образом, набор операций для итераторов произвольного доступа аналогичен набору операций для обычных указателей.
Для итераторов, не являющихся итераторами произвольного доступа, также можно выполнять действия, связанные со смещением и определением расстояния, используя функции из заголовочного файла <iterator>:
• advance(p, n) – передвигает итератор p на n позиций вперед (n >= 0); для двунаправленного итератора можно использовать n < 0 для перемещения назад;
• distance(p1, p2) – возвращает расстояние между итераторами p1 и p2 (в предположении, что расстояние неотрицательно, т. е. что итератор p1 предшествует итератору p2 или совпадает с ним; для двунаправленных итераторов p2 может предшествовать итератору p1, в этом случае расстояние будет отрицательным).
Два итератора обычно используются для задания диапазона элементов, при этом предполагается, что первый итератор (first) указывает на начальный элемент диапазона, а второй итератор (last) указывает на позицию за конечным элементом диапазона (причем эта позиция может не быть связана с существующим элементом). Чтобы подчеркнуть отмеченные особенности для диапазонов, определяемых итераторами, они часто записываются в виде полуинтервала [first, last) (левая граница диапазона включается, правая – нет). Полуинтервал [first, first) не содержит ни одного элемента.
В качестве итераторов чтения и итераторов записи можно использовать итераторы всех остальных видов (однонаправленные, двунаправленные, произвольного доступа); следует лишь учитывать, что итераторы записи можно инкрементировать неограниченно, тогда как итераторы других видов всегда связываются с некоторым диапазоном допустимых элементов. В качестве однонаправленных итераторов можно использовать двунаправленные итераторы и итераторы произвольного доступа, а в качестве двунаправленных итераторов – итераторы произвольного доступа.
Для всех видов итераторов определены их модификации – константные итераторы, отличающиеся от обычных тем, что их разыменование дает константное значение.
Особыми итераторами являются итераторы потоков ввода–вывода (см. п. 1.1.2), обратные итераторы (см. п. 1.2.9) и итераторы вставки (см. п. 1.3.4).
1.1.2. Итераторы потоков ввода-вывода
Стандартные потоковые итераторы istream_iterator<T> и ostream_iterator<T> (шаблонные классы) определены в заголовочном файле <iterator>.
Имеются два варианта конструктора для итератора потокового чтения istream_iterator: вариант с параметром-потоком stream создает итератор для чтения из данного потока, вариант без параметров создает итератор, обозначающий конец потока (все итераторы, обозначающие конец потока, считаются равными друг другу и не равными никаким другим итераторам потокового чтения).
Ниже перечислены свойства потоковых итераторов чтения:
• тип T определяет тип элементов данных, которые считываются из потока;
• чтение элемента из потока выполняется в начальный момент работы с итератором, а затем при каждой операции инкремента ++;
• имеются два варианта операции ++: префиксный инкремент (++p) и постфиксный инкремент (p++);
• операция * (и ее вариант ->) возвращает последнее прочитанное значение, причем эту операцию можно использовать неоднократно для получения того же самого значения;
• при достижении конца потока итератор становится равным итератору конца потока; последующие вызовы операции инкремента игнорируются, а в результате вызова операции * всегда возвращается значение последнего прочитанного из потока элемента (если же с итератором был связан пустой поток, то результат операции * не определен, хотя и не приводит к аварийному завершению программы).
Для итератора потоковой записи ostream_iterator<T> также определены два конструктора: первый конструктор содержит единственный параметр stream, задающий поток вывода, а второй конструктор дополнительно к параметру stream содержит второй параметр delim, задающий разделитель, который добавляется в поток вывода после каждого выведенного элемента (если параметр delim не указан, то между выводимыми элементами никакой разделитель не добавляется).
Ниже перечислены свойства потоковых итераторов записи:
• специальный конструктор для создания итератора конца потока вывода не предусмотрен;
• операции * и ++ не выполняют никаких действий и просто возвращают сам итератор;
• операция присваивания p = выражение (где p – имя итератора записи) записывает значение выражения в поток вывода.
1.2. Контейнеры
1.2.1. Общее описание
Данный раздел посвящен контейнерам, входящим в стандартную библиотеку шаблонов C++. Подробно описываются те основные виды последовательных и ассоциативных контейнеров, с которыми связаны задания, приводимые в книге: это векторы (vector), деки (deque), списки (list), множества (set), мультимножества (multiset), отображения (map) и мультиотображения (multimap), а также текстовые строки (string), которые относят к псевдоконтейнерам. Другие виды контейнеров кратко описываются в п. 1.2.8: это контейнеры-адаптеры стек (stack), очередь (queue) и очередь с приоритетом (priority_queue), а также контейнеры, добавленные в библиотеку STL в стандарте C++11 (array, forward_list и ассоциативные контейнеры на базе хеш-функций). Все контейнеры определены в пространстве имен std.
В таблицах 1 и 2 перечислены характеристики основных видов последовательных и ассоциативных контейнеров.
Таблица 1
Последовательные контейнеры
Таблица 2
Ассоциативные контейнеры
В описаниях шаблонов контейнеров, приводимых в таблицах 1 и 2, и далее при описании конструкторов и функций-членов этих контейнеров (см. п. 1.2.2–1.2.6) не указывается дополнительный тип Alloc, который обычно устанавливается по умолчанию. Необязательные параметры заключаются в квадратные скобки, набранные полужирным шрифтом: [ ]. В частности, если в шаблоне ассоциативного контейнера не указывается операция сравнения Compare, то она считается равной less<Key>.
Контейнеры могут содержать данные только тех типов T, которые удовлятворяют некоторым естественным условиям (например, в стандарте C++98 требуется, чтобы для типа T был определен конструктор копирования и операция присваивания).
Все рассматриваемые последовательные контейнеры допускают вставку новых элементов в любую позицию и удаление элементов из любой позиции. Векторы оптимизированы для быстрого (за константное время) выполнения операций вставки и удаления, связанных с концом последовательности элементов (функции-члены push_back и pop_back), а деки – для операций, связанных как с началом, так и с концом последовательности (функции-члены push_back и pop_back, push_front и pop_front). В то же время, векторы обладают рядом особенностей, отсутствующих у деков; в частности, они имеют такую характеристику, как емкость, которая доступна и для чтения (функция-член capacity) и для изменения (функция-член reserve). Текстовые строки string обладают возможностями, аналогичными возможностям векторов с символьными элементами. Списки позволяют выполнять быструю вставку и удаление элементов для любой позиции, однако доступ к элементу списка по его номеру требует линейного времени (т. е. зависит от текущего размера списка). По этой причине для списков не реализована операция индексирования, а связанные со списками итераторы являются двунаправленными (а не итераторами произвольного доступа, как для всех остальных последовательных контейнеров). Еще одной особенностью списка является то, что операции вставки и удаления не влияют на корректность итераторов и ссылок, связанных с другими его элементами, в то время как для векторов и деков вставка или удаление элементов может приводить к тому, что некоторые (или все) итераторы и/или ссылки окажутся недействительными (подробности приведены в п. 1.2.7). Кроме того, для списков предусмотрен набор дополнительных функций-членов, отсутствующих у других последовательных контейнеров и представляющих собой оптимизированные реализации соответствующих алгоритмов (см. п. 1.2.5).