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归档日期:07-27       文本归类:仿函数      文章编辑:爱尚语录

  这一阵子一直都在忙着写论文,改论文,改论文,再改论文,还是该论文,上周末终于抽出一点时间去离杭州不远的徽杭古道玩了两天,这周又忙于专利、预审、写开题报告、考驾照等等等,所以拖到现在才写这个游记(其实主要是帖照片了),我也是醉了。

  下面是徽杭古道安徽绩溪入口处,大约12点左右就到这儿了。注意要在这个地方买票哦(全价¥68),检票口在后面。。。

  这段时间一直都在忙着写毕业论文,快一个月没有更新博客了,昨天是2014最后一天,也是学校举行的第一个学生节,在去紫荆港吃免费晚餐前将论文的模板提交到了github,这也是2014年最后一次commit了。在校园的最后一个跨年和元旦,就这样一个人在风雨操场看现场晚会度过了。今天是新年的第一天,又是一个人宅在实验室边听着二次元plus萌系的SNH48的『化作樱花树』边写着这篇本该昨天写的年终总结。

  花了接近两个月的时间,终于把这本厚达623页的书看完了,这本书主要讲述了31位在音乐史上赫赫有名、贡献卓著的音乐大师的生平及其著名代表作,主要是西方古典音乐大师,包括我们耳熟能详的巴赫、海顿、莫扎特、贝多芬、舒伯特、肖邦等等,本文整理一下书中这些音乐大师及其代表作。

  1、巴赫(Bach,1685-1750,音乐之父):1685年3月21日,出生于今日德国埃森纳赫的一个音乐世家,10岁是父母双亡,也是在这个年龄就开始担任教堂的“女高音”。巴赫的职业生涯可以分为三个阶段——魏玛时代、科腾时代和莱比锡时代。魏玛时代的创作风格洋溢着青春的热情,科腾时代主要是管弦乐与室内乐的创作,而莱比锡时代主要是为宗教奉献的。代表作有《D大调前凑曲与赋格曲》、《A大调前凑曲与赋格曲》、《G小调赋格曲》、《C大调托卡塔、慢板与赋格曲》、《勃兰登堡协凑曲》、《管弦乐组曲》、《无伴凑大提琴组曲》、《无伴凑小提琴凑名曲和组曲》、《平均律钢琴曲集》、《约翰受难曲》、《马太受难曲》等。我个人比较喜欢的还是他的《E调前奏曲》、《B小调帕蒂塔 - Ⅵ 布列舞曲》、《G大调小步舞曲》和《布兰登堡舞曲》等。

  前后花了大概快六个月的时间(从6月8日到11月23),终于把侯捷的《STL 源码剖析》看完了,同时也把 SGI 实现 STL 的最新版本看完了。在这段时间里,几乎是每个周末花大约一天的时间来看书和代码,并将相应内容在博客中加以归纳和总结。由于基本上都是在周末抽时间看的,所以周期拉得比较长,但收获还是挺多的,其中印象比较深刻的是 STL 中的迭代器与型别萃取、空间配置与内存池的实现、双端队列 (deque) 的实现、红黑树的实现、排序等算法的实现、类与函数的偏特化、函数对象与适配器等等,对 STL 的整体架构也有了比较深入的认识。这段时间也经历了很多事情,看书和代码的过程中也遇到了很多问题,有些经过反复琢磨自己解决了,还有些仍未完全弄清楚,需要再回过头去看一遍。另外,在看书和代码的过程中,基本没有去写代码、去实践,只停留在理论上,再看一遍的时候可以写些测试的代码或自己实现一个相应的模块或功能。

  适配器(adaptor/adapter)在STL组件的灵活运用功能上,扮演着轴承、转换器的角色,将一种容器或迭代器装换或封装成另一种容器或迭代器,例如基于deque容器的stack和queue。Adaptor这个概念,实际上是一种设计模式(design pattern),是《Design Pattern》一书中提及到的23个设计模式之一,其中对adaptor的定义如下:

  将一个class的接口转换为另一个class的接口,使原本因接口不兼容而不能合作的classes,可以一起运作。

  在STL中,除了上面提到的容器或迭代器的适配器之外,还可以对函数或更广义的仿函数使用适配器,改变其接口,这种称为function adaptor,相应的针对容器或迭代器的适配器则分别称为container adaptor,iterator adaptor,下面将分别介绍这三种适配器。

  容器适配器相对而言比较简单,比较典型的就是上面提到的低层由deque构成的stack和queue,其基本实现原理是,在 stack 和 queue 内部定义一个 protected 的 deque 类型的成员变量,然后只对外提供 deque 的部分功能或其异构,如 stack 的 push 和 pop 都是从 deque 的尾部进行插入和删除,而 queue 的 push 和 pop 分别是从尾部和头部进行插入和删除,这样 stack 和 queue 都可以看做是适配器,作用于容器 deque 之上的适配器。关于 stack 和 queue 的具体内容请参见之前将容器的文章深入理解STL源码(3.3) 序列式容器之deque和stack、queue。

  在STL的六大组件中,仿函数可说是体积最小、观念最简单、实现最容易的一个,但小兵也能立大功——他扮演一种“策略”角色,可以让STL算法具有更加灵活的“演出”。

  在STL的历史上,仿函数(functor)是早期的命名,C++标准规格定下来后采用了新的名称——函数对象(function object)。就实际意义而言,函数对象的称谓更加贴切:一种具有函数特质的对象。函数对象对调用者而言可以向函数调用一样地被调用,而对被调用者而言则是以对象所定义的函数调用操作符(function call operator)。

  在C++中,函数调用操作符是指左右小括弧(),该操作符是可以重载的。许多 STL 算法都提供了两个版本,一个用于一般情况(例如排序时使用operator以递增方式排列),一个用于特殊情况(例如排序时按照使用者自定义的大小关系进行排序)。这有点类似于C语言中的函数指针,但函数指针无法满足STL对抽象性的要求,也不能和STL其他组件(如配接器adaptor)搭配,产生更灵活的变化,关于这一点下一节将详细介绍。

  STL算法非常灵活的一个关键因素之一在于STL仿函数的可配接性(adaptability),即函数可以被配接器修饰,彼此相积木一样地串接。为了拥有配接能力,每一个仿函数必须定义自己的相应型别(associate types),就像迭代器如果要融入整个STL大家庭,也必须依照规定定义自己的5个相应型别一样。这样做是为了让配接器能够获得函数的一些特性。相应型别都只是一些 typedef,所有必要操作在编译期就就全部完成了,对程序的执行效率没有任何影响,不带来任何额外负担。

  仿函数相应型别主要用来表示函数的参数型别和返回值型别,为了方便,stl_function.h中定义了两个基类,分别是unary_function和binary_function,分别表示一元函数和二元函数,其中都是一些型别的定义,仿函数只需要继承其中一个类,就可以拥有配接能力了。

  本文主要介绍STL中的稍微复杂的算法,主要涉及到的源码文件有stl_algo.h等。

  在文件stl_algo.h中有很多常用的算法,包括查找、计数、旋转、删除、排序、合并、集合的交并等运算、求极值、排列组合等等,本文将按源码中各算法的实现顺序来介绍其具体实现细节。由于本文涉及到的算法和相关代码太多,在文中就尽量不贴出代码了,详细的代码及相关注释请参见stl_algo.h。

  1. 求三个数的中值 median该算法比较简单,几个if-else语句就解决了。该函数只提供内部算法使用,并不对外提供接口,也不是STL标准中的算法,限于篇幅这里就不贴代码了。另外,该算法有两个版本,一个是使用默认的大小比较,另一个是可以指定比较函数。

  2. for_each也很简单,就是对区间 [first, last) 中的每一个元素执行一个给定函数的运算,就一行语句:

  其中__f为用户传入的一个指定的仿函数。该算法的返回值仍为传入的仿函数__f。

  本文主要介绍STL中的基本算法,主要涉及到的源码文件有stl_algobase.h等。

  在stl_algobase.h中定义的算法都比较简单基础,主要涉及区间相等判断、区间填充、求极值、交换、拷贝、字典序比较等算法,而其他诸如查找、计数、排序、旋转等算法则在文件stl_algo.h中实现。在algobase基本算法中,除了字典序比较、复制/拷贝算法外,其他都比较简单,这里先依次介绍这些简单的算法,然后再介绍字典序比较和拷贝算法。

  由于这里很多算法比较简单(基本都在10行以内,甚至很多就一行代码),就不一一粘贴代码了。

  iter_swap:将两个 ForwardIterators 所指的对象对调,通过申请一个临时变量、三次赋值,就完成了。

  min/max:求两个数中的小、大者,还有一个版本可以指定的比较方法(仿函数)。

  fill_n:将[first, last)内的前n个元素改填为新值 value,返回迭代器指向被填入的最后一个元素的下一位置。

  mismatch:用来平行比较两个序列,指出两者之间的第一个不匹配点,返回一对迭代器(Iterators Pair),分别指向两序列中的不匹配点。

  equal:判断两个序列在[first, last)区间内相等,如果第二个序列元素较多,将不予考虑,只有两个序列在各自区间内对应相等才返回true,否则返回false。

  该算法计算 init 和区间 [first, last) 内所有元素的总和。注意,必须提供 init 的初始值,这样即使 first=last 区间为空,仍能得到一个明确定义的值。当 init=0 时,即为计算 [first, last) 区间内所有元素的总和。具体实现有两个版本,如下:

  明确性:算法的描述必须无歧义,以保证算法的实际执行结果是精确地符合要求或期望,通常要求实际运行结果是确定的。

  有限性:依据图灵的定义,一个算法是能够被任何图灵完备系统模拟的一串运算,而图灵机只有有限个状态、有限个输入符号和有限个转移函数(指令)。而一些定义更规定算法必须在有限个步骤内完成任务。

  有效性:又称可行性。能够实现,算法中描述的操作都是可以通过已经实现的基本运算执行有限次来实现。

  算法的核心是创建问题抽象的模型和明确求解目标,常见的算法有分治法、贪婪算法、动态规划、平摊分析等。再好的编程技巧,也无法让一个笨拙的算法起死回生,选择了错误的算法,便注定了失败的命运。

  算法的时间复杂度是指算法需要消耗的时间资源。一般来说,计算机算法是问题规模 $n$ 的函数 $f(n)$ ,算法的时间复杂度也因此记做:

  算法的空间复杂度是指算法需要消耗的空间资源。其计算和表示方法与时间复杂度类似,一般都用复杂度的渐近性来表示。同时间复杂度相比,空间复杂度的分析要简单得多。

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