Ограниченные типы значений обычно используются при работе с датами и временем, так как многие значения, связанные с датами/временем, — это целые числа, которые должны находиться в определенных диапазонах (например, месяц должен быть в интервале [0,11], а день месяца должен быть в интервале [0,30]). Проверять вручную параметр каждой функции на допустимый диапазон очень долго и чревато ошибками. Просто представьте, что требуется внести глобальное изменение в то, как программа, содержащая миллион строк кода, обрабатывает ошибки диапазона дат!
Шаблон класса ConstrainedValue, используемый вместе с шаблоном RangedIntPolicy, может использоваться для простого определения различных типов, выбрасывающих при присвоении значений, выходящих за диапазон, исключения. Пример 5.12 показывает некоторые примеры использования ConstrainedValue для определения новых самопроверяющихся целочисленных типов.
Пример 5.12. Использование ConstrainedValue
typedef ConstrainedValue< RangedIntPolicy <0, 59> > Seconds;
typedef ConstrainedValue< RangedIntPolicy <0, 59> > Minutes;
typedef ConstrainedValue< RangedIntPolicy <0, 23> > Hours;
typedef ConstrainedValue< RangedIntPolicy <0, 30> > MonthDays;
typedef ConstrainedValue< RangedIntPolicy <0, 6> > WeekDays;
typedef ConstrainedValue< RangedIntPolicy <0, 365> > YearDays;
typedef ConstrainedValue< RangedIntPolicy <0, 51> > Weeks.
Шаблон класса ConstrainedValue является примером основанного на политике дизайна. Политика — это класс, передаваемый в шаблон как параметр, который указывает аспекты реализации или поведения параметризованного класса. Политика, передаваемая в ConstrainedValue, должна предоставлять реализацию того, как выполнять присвоение между одними и теми же специализациями типа.
Использование политик может повысить гибкость классов, перенеся часть решений относительно типа на его пользователя. Политики обычно используются тогда, когда группа типов имеет общий интерфейс, но различается по реализациям. Также политики частично полезны при невозможности предугадать и удовлетворить все возможные сценарии использования данного типа.
Имеется множество других политик, которые можно использовать с типом ConstrainedValue. Например, вместо того чтобы выбрасывать исключение, можно присваивать значение по умолчанию или ближайшее допустимое значение. Более того, ограничения не обязательно должны иметь вид диапазонов: можно задать такое ограничение, когда значение всегда должно быть четным.
Глава 6
Управление данными с помощью контейнеров
6.0. Введение
Эта глава описывает структуры данных стандартной библиотеки, используемые для хранения данных. Часто они также называются контейнерами (containers), так как они содержат («contain») хранящиеся в них объекты. Также эта глава описывает другой тип контейнеров, который не является частью стандартной библиотеки, хотя и поставляется с большинством ее реализаций — хеш-контейнер.
Часть библиотеки, которая содержит контейнеры, часто называется Standard Template Library, или STL (стандартная библиотека шаблонов), именно так она называлась до ее включения в стандарт С++. STL включает не только контейнеры, обсуждаемые в этой главе, но и итераторы и алгоритмы, которые являются еще двумя строительными блоками STL, делающими STL гибкой библиотекой общего назначения. Так как эта глава в основном посвящена стандартным контейнерам, а не STL во всем ее многообразии, я буду называть контейнеры «стандартными контейнерами», а не «контейнерами STL», как это делается во многих книгах по С++. Хотя я по мере необходимости описываю итераторы и алгоритмы, более подробно они обсуждаются в главе 7.
Стандарт C++ использует для описания набора контейнеров точную терминологию. «Контейнер» в стандартной библиотеке C++ — это структура данных, имеющая четкий интерфейс, описанный в стандарте. Например, любой класс стандартной библиотеки С++, который называет себя контейнером, должен поддерживать метод begin, который не имеет параметров и возвращает iterator, указывающий на первый элемент в этом контейнере. Имеется большое количество обязательных конструкторов и функций-членов, определяющих, что такое контейнер в терминах С++. Также имеются необязательные методы, реализуемые только некоторыми контейнерами обычно теми, которые могут их эффективно реализовать.
Общий набор контейнеров подразделяется на два различных типа контейнеров: последовательные контейнеры и ассоциативные контейнеры. Последовательный контейнер (обычно называемый просто последовательностью) хранит объекты в порядке, указанном пользователем, и предоставляет необходимый для доступа и обработки элементов интерфейс (в дополнение к обязательному для контейнеров). Ассоциативные контейнеры хранят элементы в упорядоченном виде и, таким образом, не позволяют вставлять элементы в определенное место, хотя для увеличения эффективности при вставке можно указать дополнительные параметры. Как последовательности, так и ассоциативные контейнеры содержат обязательный интерфейс, но только последовательности имеют дополнительный набор операций, который поддерживается только теми последовательностями, для которых он эффективно реализуем. Эти дополнительные операции с последовательностями предоставляют большую гибкость и удобство, чем стандартный интерфейс.
Это выглядит очень похоже на наследование. Последовательность — это контейнер, ассоциативный контейнер — это контейнер, но контейнер — это не последовательность и не ассоциативный контейнер. Однако это не наследование в смысле С++, а наследование с точки зрения концепции, vector — это последовательность, но это самостоятельный класс. Он не наследует от класса container или подобного ему (реализации стандартной библиотеки имеют свободу в реализации vector и других контейнеров, но стандарт не предписывает реализации стандартной библиотеки включать базовый класс container). При разработке контейнеров было приложено большое количество усилий, и если вы хотите поподробнее узнать о них, обратитесь к книге Мэтта Остерна (Matt Austern) Generic Programming and the STL (Addison Wesley).
Эта глава содержит две части. Несколько первых рецептов рассказывают, как использовать vector, который является стандартной последовательностью и одной из наиболее популярных структурой данных. Они описывают, как эффективно и рационально использовать vector. Остальные рецепты описывают большую часть остальных широко применяемых стандартных контейнеров, включая два нестандартных хеш-контейнера, о которых я упоминал ранее.
6.1. Использование vector вместо массивов
Проблема
Требуется сохранить элементы (встроенные типы, объекты, указатели и т.п.) в виде последовательности, обеспечить произвольный доступ к ним, и не ограничивать место хранения массивом статического размера.
Решение
Используйте шаблон класса vector стандартной библиотеки, определенный в <vector>, и не используйте массивы. vector выглядит и ведет себя, как массив, но имеет перед ним большое количество преимуществ в части безопасности и удобства. Пример 6.1 показывает несколько обычных операций с vector.
Пример 6.1. Использование некоторых методов vector
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
vector<int> intVec;
vector<string> strVec;
// Добавление элементов в "конец" вектора с помощью push_back
intVec.push_back(3);
intVec.push_back(9);
intVec.push_back(6);
string s = "Army";
strVec.push_back(s);
s = "Navy";
strVec.push_back(s);
s = "Air Force";
strVec.push_back(s);
// Для доступа к элементам используется operator[], как и для массивов
for (vector<string>::size_type i = 0; i < intVec.size(); ++i) {
cout << "intVec[" << i << "] = " << intVec[i] << 'n';
}
// Или можно использовать итераторы
for (vector<string>::iterator p = strVec.begin();
p != strVec.end(); ++p) {
cout << *p << 'n';
}
// Если требуется безопасность, вместо operator[] используйте at(). Она
// при использовании индекса > size() выбрасывает исключение out_of_range.
try {
intVec.at(300) = 2;
} catch(out_of_range& e) {
cerr << "out_of_range: " << e.what() << endl;
}
}
Обсуждение
В целом, если требуется использовать массив, вместо него следует использовать vector. vector предлагает большую безопасность и гибкость, чем массив, а накладные расходы на производительность в большинстве случаев пренебрежимо малы, и если окажется, что они больше, чем можно себе позволить, производительность vector можно увеличить, использовав некоторые его методы.
