STL与泛型编程第五周学习笔记——Boolan

在完成了STL与泛型编程前四周的学习之后,有一些总结和心得在这里通过学习笔记的方式分享出来,笔记我是跟着老师在视频中所讲的内容按照顺序记录的,也不能说是流水账,对课程中的一些问题还是添加了自己的理解和分析,供也在学习C++的小伙伴用作学习交流,如有理解不到位的地方,欢迎批评指正。

在STL与泛型编程前几周的课程中,老师就STL三大部件(迭代器、容器、算法)的结构与分类都做了详细的介绍,本周的课程老师介绍了几种特殊的算法,加深我们对如何使用算法的认识。

一.一个万用的Hash Fuction

我们总是希望hash function产生的hash code越乱越好,尽量不要重复,因此设计hash function有三种形式——设计成成员函数、设计成一般函数、以struct hash偏特化形式实现hash function。

这里首先采用设计成成员函数的形式,借由variadic template将不定量的参数拆解,做到递归。


这种递归的方式运用了数学中黄金比的概念,即0.618

第三种形式是以struct hash偏特化形式实现hash function,这种方式并不难理解,对不同的类型有不同的算法得到hash code


二.Tuple用例

Tuple其实就是一堆东西组合而成的一种类型,是各种类型的整合。


声明:


直接用make_tuple赋值:


还可以用tie将合成类型中的成分取出来分别绑定给不同的变量:


Tuple——元之组合,数之组合


不断的继承自己,用variadic template实现递归。


三.Type traits

Since C++11,新的标准库有几十个type traits,在课程中,老师进行了各种type traits测试,我们写的class,type traits能回答我们提出的任何问题。将class Foo,class Goo,class Zoo丢进type traits进行测试,发现type traits确实能回答各种问题。


这里需要注意的是:&&是move_constructor

测试之后,老师还举了用type traits实现is_void、is_integral、is_class、is_union、is_pod、is_move_assignable,这里代码就不一一贴出来了。值得注意的是:对于cout,cout是一个对象,自己写的类型名要丢给cout则必须进行操作符<<重载:


四.Moveable元素对于各容器速度效能的影响

Moveable对vector的影响很大,比non-moveable要快很多,无论是构造还是拷贝,对于容器vector,moveable对其效率的影响都很大,因为构造vector的本质是两倍成长空间再搬运。


但是对于容器list、deque、multiset、unordered_multiset,moveable对其构造效率的影响并不大,对拷贝的效率还是有巨大的影响:


这里老师写了一个moveable class用于测试,代码在这里就不贴上来了,这里值得注意的是:move版本的实则是浅拷贝,所以其速度比我们熟悉的常规copy要快得多;而我们经常用到的拷贝构造是深拷贝,M C11(C1)中,C1不是临时对象,耗时比move版本多得多;

M C12(std::move(C1))则是浅拷贝,用这种拷贝方式,必须确保之后不会再用到C1,此时C1是一个临时对象。因此,vector的copy ctor是容器本身的拷贝。

五.Type traits衍生

本周的作业就是利用traits来实现类型的筛选。介绍traits的文章很多,但感觉大部分文章的说明都很晦涩难懂,把一个并不很复杂的C++模板的应用描述的过于复杂。因此,在这里想把自己的理解跟大家分享一下,或许我也只是掌握了一点traits的皮毛而已,但也希望这些皮毛能略微抓住你的眼球,带给你一些启发。

首先,介绍traits前,回味一下C++的模板及应用,如果你脑海里浮现出的只是为实现一些函数或类的重用的简单模板应用,那我要告诉你,你out了。最近在整理一些模板的应用方式,有时间的话会写出来分享给大家,本文不会去详细讨论traits以外的模板的各种高级应用。那么,言归正传,什么是traits?其实它并不是一个新的概念,上个世纪90年代中期就已经被提出,只是到了这个世纪才在各个C++库中被广泛使用,而我也是在这个概念诞生十多年后才接触到它。C++之父Bjarne Stroustrup对traits有如下的描述:

Think of a trait as a small object whose main purpose is to carry informationused by another object or algorithm to determine "policy" or"implementation details".

我不知道官方或一些书上是如何去解释traits的,我的理解是:当函数,类或者一些封装的通用算法中的某些部分会因为数据类型不同而导致处理或逻辑不同(而我们又不希望因为数据类型的差异而修改算法本身的封装时),traits会是一种很好的解决方案。

本以为能很简单的描述它,谁知道还是用了如此长的句子才说明清楚,相当的惭愧。大家只要有个大概的概念就ok了,甚至即使完全没概念也没关系,下面会通过实际代码来说明。

先看这样一个例子。如果有一个模板类Test:

[cpp]

template

class Test {

......

};

假设有这样的需求,类Test中的某部分处理会随着类型T的不同而会有所不同,比如希望判断T是否为指针类型,当T为指针类型时的处理有别于非指针类型,怎么做?

模板里再加个参数,如下

[cpp]

template

class Test {

......// can use isPointer to judge whether T is apointer

};

然后用户通过多传一个模板类型来告诉Test类当前T是否为指针。(Test)

很抱歉,所有的正常点的用户都会抱怨这样的封装,因为用户不理解为什么要让他们去关心自己的模板类型是否为指针,既然是Test类本身的逻辑,为什么麻烦用户呢?

由于我们很难去限制用户在使用模板类时是使用指针还是基本数据类型还是自定义类型,而用常规方法也没有很好的方法去判断当前的T的类型。traits怎么做呢?

定义traits结构:

[cpp]

template

struct TraitsHelper {

static const bool isPointer = false;

};

template

struct TraitsHelper {

static const bool isPointer = true;

};

也许你会很困惑,结构体里就一个静态常量,没有任何方法和成员变量,有什么用呢?解释一下,第一个结构体的功能是定义所有TraitsHelper中isPointer的默认值都是false,而第二个结构体的功能是当模板类型T为指针时,isPointer的值为true。也就是说我们可以如下来判断当前类型:

TraitsHelper::isPointer值为false,可以得出当前类型int非指针类型

TraitsHelper::isPointer值为true,可以得出当前类型int*为指针类型

也许看到这里部分人会认为我简直是在说废话,请再自己品味下,这样是否就可以在上面Test类的定义中直接使用TraitsHelper::isPointer来判断当前T的类型了。

[cpp]

if (TraitsHelper::isPointer)

......

else

......

再看第二个例子:

还是一个模板类Test:

[cpp]

template

class Test {

public:

int Compute(int d);

private:

T mData;

};

它有一个Compute方法来做一些计算,具有int型的参数并返回int型的值。

现在需求变了,需要在T为int类型时,Compute方法的参数为int,返回类型也为int,当T为float时,Compute方法的参数为float,返回类型为int,而当T为其他类型,Compute方法的参数为T,返回类型也为T,怎么做呢?还是用traits的方式思考下。

[cpp]

template

struct TraitsHelper {

typedef T ret_type;

typedef T par_type;

};

template <>

struct TraitsHelper {

typedef int ret_type;

typedef int par_type;

};

template <>

struct TraitsHelper {

typedef float ret_type;

typedef int par_type;

};

然后我们再把Test类也更新下:

[cpp]

template

class Test {

public:

TraitsHelper::ret_typeCompute(TraitsHelper::par_type d);

private:

T mData;

};

可见,我们把因类型不同而引起的变化隔离在了Test类以外,对用户而言完全不需要去关心这些逻辑,他们甚至不需要知道我们是否使用了traits来解决了这个问题。到这里,再让我们回过来取品味下开始我说的那句话:当函数,类或者一些封装的通用算法中的某些部分会因为数据类型不同而导致处理或逻辑不同时,traits会是一种很好的解决方案。最后,让我们记住它吧,traits,一种模板的应用,非常非常有用的东东。

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