Д. Стефенс - C++. Сборник рецептов

• Название: C++. Сборник рецептов
• Автор: Д. Стефенс
• Издательство: КУДИЦ-ПРЕСС
• Жанр: Программирование
• Год: 2007
• ISBN: 5-91136-030-6

Данная книга написана экспертами по C++ и содержит готовые рецепты решения каждодневных задач для программистов на С++. Один из авторов является создателем библиотеки Boost Iostreams и нескольких других библиотек C++ с открытым исходным кодом. В книге затрагивается множество тем, вот лишь некоторые из них: работа с датой и временем; потоковый ввод/вывод; обработка исключений; работа с классами и объектами; сборка приложений; синтаксический анализ XML-документов; программирование математических задач. Читатель сможет использовать готовые решения, а сэкономленное время и усилия направить на решение конкретных задач.

---

Пример 11.22. Расчет расстояния между двумя векторами

#include <cmath>

#include <iostream>

using namespace std;

template<class Iter_T, class Iter2_T>

double vectorDistance(Iter_T first, Iter_T last, Iter2_T first2) {

 double ret = 0.0;

 while (first != last) {

  double dist = (*first++) - (*first2++);

  ret += dist * dist;

 }

 return ret > 0.0 ? sqrt(ret) : 0.0;

}

int main() {

 int v1[] = { 1, 5 };

 int v2[] = { 4, 9 };

 cout << "distance between vectors (1,5) and (4,9) is ";

 cout << vectorDistance(v1, v1 + 2, v2) << endl;

}

Программа примера 11.22 выдает следующий результат.

distance between vectors (1,5) and (4,9) is 5

Обсуждение

Пример 11.22 реализует прямое решение, которое показывает, как следует писать простую обобщенную функцию в стиле STL. Для расчета расстояний между векторами я мог бы использовать функцию inner_product, однако я не стал использовать функтор, потому что это неоправданно усложнило бы решение. Пример 11.23 показывает, как можно рассчитывать расстояние между векторами, применяя функтор и функцию inner_product из заголовочного файла <numeric>.

Пример 11.23. Расчет расстояния между векторами с использованием функции inner_product

#include <numeric>

#include <cmath>

#include <iostream>

#include <functional>

using namespace std;

template<class Value_T>

struct DiffSquared {

 Value_T operator()(Value_T x, Value_T y) const {

  return (x - y) * (x - y);

 }

};

template<class Iter_T, class Iter2_T>

double vectorDistance(Iter_T first, Iter_T last, Iter2_T first2) {

 double ret = inner_product(first, last, first2, 0.0L,

  plus<double>(), DiffSquared<double>());

 return ret > 0.0 ? sqrt(ret) : 0.0;

}

int main() {

 int v1[] = { 1, 5 };

 int v2[] = { 4, 9 };

 cout << "distance between vectors (1,5) and (4,9) is ";

 cout << vectorDistance(v1, v1 + 2, v2) << endl;

}

Поскольку реализация функции inner_product() может быть специально оптимизирована для вашей платформы и вашего компилятора, я предпочитаю ее использовать везде, где это возможно.

11.13. Реализация итератора с шагом

Проблема

Имеются смежные числовые ряды и требуется обеспечить доступ к каждому n-му элементу.

Решение

В примере 11.24 представлен заголовочный файл, реализующий класс итератора с шагом.

Пример 11.24. stride_iter.hpp

#ifndef STRIDE_ITER_HPP

#define STRIDE_ITER_HPP

#include <iterator>

#include <cassert>

template<class Iter_T>

class stride_iter {

public:

 // открытые имена, вводимые typedef

 typedef typename std::iterator_traits<Iter_T>::value_type value_type;

 typedef typename std::iterator_traits<Iter_T>::reference reference;

 typedef typename std::iterator_traits<Iter_T>::difference_type

  difference_type;

 typedef typename std::iterator_traits<Iter_T>::pointer pointer;

 typedef std::random_access_iterator_tag iterator_category;

 typedef stride_iter self;

 // конструкторы

 stride_iter() : m(NULL), step(0) {};

 stride_iter(const self& x) : m(x.m), step(x.step) {}

 stride_iter(Iter_T x, difference_type n) : m(x), step(n) {}

 // операторы

 self& operator++() { m += step; return *this; }

 self operator++(int) { self tmp = *this; m += step; return tmp; }

 self& operator+=(difference_type x) { m += x * step; return *this; }

 self& operator--() { m -= step; return *this; }

 self operator--(int) { self tmp = *this; m -= step; return trap; }

 self& operator--(difference type x) { m -= x + step; return *this; }

 reference operator[](difference_type n) { return m[n * step]; }

 reference operator*() { return *m; }

 // дружественные операторы

 friend bool operator==(const self& x, const self& y) {

  assert(x.step == y.step);

  return x.m == y.m;

 }

 friend bool operator!=(const self& x, const self& y) {

  assert(x.step == y.step);

  return x.m != y.m;

 }

 friend bool operator<(const self& x, const self& y) {

  assert(x.step == y.step);

  return x.m < y.m;

 }

 friend difference type operator-(const self& x, const self& y) {

  assert(x.step == y.step);

  return (x.m - y.m) / x.step;

 }

 friend self operator+(const self& x, difference_type y) {

  assert(x.step == y.step);

  return x += y * x.step;

 }

 friend self operator+(difference_type x, const self& y) {

  assert(x.step == y.step);

  return y += x * x.step;

 }

private:

 Iter_T m;

 difference_type step;

};

#endif

Пример 11.25 показывает, как можно использовать итератор stride_iter из примера 11.24 для получения доступа к каждому второму элементу последовательности.

Пример 11.25. Применение итератора stride_iter

#include "stride_iter.hpp"

#include <algorithm>

#include <iterator>

#include <iostream>

using namespace std;

int main() {

 int a[] = { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };

 stride_iter<int*> first(a, 2);

 stride_iter<int*> last(a + 8, 2);

 copy(first, last, ostream_iterator<int>(cout, "\n"));

}

Программа примера 11.25 выдает следующий результат.

0

2

4

6

Обсуждение

Итераторы с шагом часто используются при работе с матрицами. Они обеспечивают простой и эффективный способ реализации матриц в виде набора числовых рядов. Представленная в примере 11.24 реализация итератора с шагом выполнена в виде оболочки другого итератора, который передается как параметр шаблона.

Я хотел сделать итератор с шагом совместимым с STL, поэтому пришлось выбрать подходящий тип стандартного итератора и удовлетворить его требования. Представленный в примере 11.24 итератор с шагом сделан по образцу итератора с произвольным доступом.

В примере 11.26 я отдельно привел реализацию итератора с шагом (названную kstride_iter), когда размер шага известен на этапе компиляции. Поскольку размер шага передается как параметр шаблона, компилятор может оптимизировать программный код итератора более эффективно, и размер итератора уменьшается.

Пример 11.26. kstride_iter.hpp

#ifndef KSTRIDE_ITER_HPP

#define KSTRIDE_ITER_HPP

#include <iterator>

template<class Iter_T, int Step_N>

class kstride_iter {

public:

 // открытые имена, вводимые typedef

 typedef typename std::iterator_traits<Iter_T>::value_type value_type;

 typedef typename std::iterator_traits<Iter_T>::reference reference;

 typedef typename std::iterator_traits<Iter_T>::difference_type

  difference_type;

 typedef typename std::iterator_traits<Iter_T>::pointer pointer;

 typedef std::random_access_iterator_tag iterator_category;

 typedef kstride_iter self;

 // конструкторы

 kstride_iter() : m(NULL) {} kstride_iter(const self& x) : m(x.m) {}

 explicit kstride_iter(Iter_T x) : m(x) {}

 // операторы

 self& operator++() { m += Step_N; return *this; }

 self operator++(int) { self tmp = *this; m += Step_N; return tmp; }

 self& operator+=(difference_type x) { m += x * Step_N; return *this; }

 self& operator--() { m -= Step_N; return *this; }

 self operator--(int) { self tmp = *this; m -= Step_N; return tmp; }

 self& operator--(difference_type x) { m -= x * Step_N; return *this; }

 reference operator[](difference_type n) { return m[n * Step_N]; }

 reference operator*() { return *m; }

 // дружественные операторы

 friend bool operator==(self x, self y) { return x.m == y.m; }

 friend bool operator!=(self x, self y) { return x.m != y.m; }

 friend bool operator<(self x, self y) { return x.m < y.m; }

 friend difference_type operator-(self x, self y) {

  return (x.m - y.m) / Step_N;

 }

 friend self operator+(self x, difference_type y) { return x += y * Step_N; }

 friend self operator+(difference_type x, self y) { return y += x * Step_N; }

private:

 Iter_T m;

};

#endif

Пример 11.27 показывает, как можно использовать итератор kstride_iter.

Пример 11.27. Применение итератора kstride_iter

#include "kstride_iter.hpp"

#include <algorithm>

#include <iterator>

#include <iostream>

using namespace std;

int main() {

 int a[] = { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };

 kstride_iter<int*, 2> first(a);

 kstride_iter<int*, 2> last(a + 8);

 copy(first, last, ostream_iterator<int>(cout, "\n"));

}

11.14. Реализация динамической матрицы

Проблема

Требуется реализовать числовые матрицы, размерности которых (количество строк и столбцов) неизвестны на этапе компиляции.

Решение

В примере 11.28 показана универсальная и эффективная реализация класса динамической матрицы, использующая итератор с шагом из рецепта 11.12 и valarray.

Пример 11.28. matrix.hpp