C++(标准库):25---STL容器之（实现容器reference语义）

一、C++标准库提供的是value语义

• 通常，所有容器都会建立元素拷贝，返回的也是元素的拷贝
• STL只支持value语义，不支持reference语义。优缺点如下：
  • 优点：
    • 复制元素很简单
    • 使用reference时容易出错，你必须确保reference所指对象仍然健在，并需要小心队服偶尔出现的环式指向状态
  • 缺点：
    • 复制元素可能会导致不良的效率，有时甚至无法复制
    • 无法在数个不同的容器中管理同一份对象
• 实现reference语义的两种做法：
  • ①使用智能指针
  • ②使用reference_wrapper

二、使用Shared Pointer

• C++标准库提供了许多智能指针。如果你打算在不同的容器之间共享对象，shared_ptr<>是一个适当的选择

演示案例

• 创建了一个Item类和一个printItems()函数用来打印类的内容

   

    

     

      

     
     

      

       class Item {
      
     
    

     

      

     
     

      

       private:
      
     
    

     

      

     
     

      
    
       std::
       string name;
      
     
    

     

      

     
     

      
    
       float price;
      
     
    

     

      

     
     

      

       public:
      
     
    

     

      

     
     

      

           Item(
       const 
       std::
       string& n, 
       float p = 
       0) :name(n), price(p) {}
      
     
    

     

      

     
     

      
	
      
     
    

     

      

     
     

      
    
       std::
       string getName()const { 
       return name; }
      
     
    

     

      

     
     

      
    
       void setName(const std::string& n) { name = n; }
      
     
    

     

      

     
     

      
 
      
     
    

     

      

     
     

      
    
       float getPrice()const { 
       return price; }
      
     
    

     

      

     
     

      
    
       void setPrice(float p) { price = p; }
      
     
    

     

      

     
     

      

       };
      
     
    

     

      

     
     

      
 
      
     
    

     

      

     
     

      

       template<
       typename Coll>
      
     
    

     

      

     
     

      

       void printItems(const std::string& msg, const Coll& coll)
      
     
    

     

      

     
     

      

       {
      
     
    

     

      

     
     

      
    
       std::
       cout << msg << 
       std::
       endl;
      
     
    

     

      

     
     

      
    
       for (
       const 
       auto& elem : coll)
      
     
    

     

      

     
     

      

           {
      
     
    

     

      

     
     

      
        
       std::
       cout << 
       " " << elem->getName() << 
       ":" << elem->getPrice() << 
       std::
       endl;
      
     
    

     

      

     
     

      

           }
      
     
    

     

      

     
     

      

       }
      
     
   

• 测试程序如下：

   

    

     

      

     
     

      

       int main()
      
     
    

     

      

     
     

      

       {
      
     
    

     

      

     
     

      
    
       typedef 
       std::
       shared_ptr<Item> ItemPtr;
      
     
    

     

      

     
     

      
    
       std::
       set<ItemPtr> allItems;
      
     
    

     

      

     
     

      
    
       std::
       deque<ItemPtr> bestsellers;
      
     
    

     

      

     
     

      
 
      
     
    

     

      

     
     

      
    
       //为bestsellers添加元素
      
     
    

     

      

     
     

      

           bestsellers = { ItemPtr(
       new Item(
       "Kong Yize",
       20.10)),
      
     
    

     

      

     
     

      

               ItemPtr(
       new Item(
       "A Midsummer Night's Dream",
       14.99)),
      
     
    

     

      

     
     

      

               ItemPtr(
       new Item(
       "The Maltese Falcon",
       9.88))
      
     
    

     

      

     
     

      

           };
      
     
    

     

      

     
     

      
    
       //为allItems添加元素
      
     
    

     

      

     
     

      

           allItems = { ItemPtr(
       new Item(
       "Water",
       0.44)),
      
     
    

     

      

     
     

      

               ItemPtr(
       new Item(
       "Pizza",
       2.22)) 
      
     
    

     

      

     
     

      

           };
      
     
    

     

      

     
     

      
    
       //将bestsellers内的所有元素添加进allItems
      
     
    

     

      

     
     

      

           allItems.insert(bestsellers.begin(), bestsellers.end());
      
     
    

     

      

     
     

      
 
      
     
    

     

      

     
     

      
    
       //打印一下bestsellers和allItems内的元素
      
     
    

     

      

     
     

      

           printItems(
       "bestsellers", bestsellers);
      
     
    

     

      

     
     

      

           printItems(
       "allItems", allItems);
      
     
    

     

      

     
     

      
    
       std::
       cout << 
       std::
       endl;
      
     
    

     

      

     
     

      
 
      
     
    

     

      

     
     

      
    
       //遍历bestsellers，将其内部的每一个对象的price加倍
      
     
    

     

      

     
     

      

           for_each(bestsellers.begin(), bestsellers.end(), 
      
     
    

     

      

     
     

      

               [](
       std::
       shared_ptr<Item>& elem) {elem->setPrice(elem->getPrice() * 
       2);}
      
     
    

     

      

     
     

      

           );
      
     
    

     

      

     
     

      
    
       //将bestsellers[1]的元素更改为allItems内名为“Pizza”的元素
      
     
    

     

      

     
     

      

           bestsellers[
       1] = *(
      
     
    

     

      

     
     

      

               find_if(allItems.begin(), allItems.end(),
      
     
    

     

      

     
     

      

               [](
       std::
       shared_ptr<Item> elem) {
       return elem->getName() == 
       "Pizza"; })
      
     
    

     

      

     
     

      

               );
      
     
    

     

      

     
     

      
    
       //将bestsellers[0]对象的price设置为44.77
      
     
    

     

      

     
     

      

           bestsellers[
       0]->setPrice(
       44.77);
      
     
    

     

      

     
     

      
 
      
     
    

     

      

     
     

      
    
       //打印一下bestsellers和allItems内的元素
      
     
    

     

      

     
     

      

           printItems(
       "bestsellers", bestsellers);
      
     
    

     

      

     
     

      

           printItems(
       "allItems", allItems);
      
     
    

     

      

     
     

      

       }
      
     
   

• 使用智能指针为set<>和deque<>创建元素，其内的每个元素都是智能指针。后面对set<>和deque<>进行了一系列的操作，由于智能指针是共享的，因此改变一者，另一者也改变

• 注意事项：使用shared_ptr<>会使事情变得复杂。例如，set<>容器内存储的是智能指针之后，不能再使用find()算法了，因此find()算法会找出拥有相等value的元素，现在比较的却是内部（由new返回）的pointer，因此只能使用find_if()算法

三、使用Reference Wrapper

• reference_wrapper在之前的文章介绍过，参阅：https://blog.csdn.net/qq_41453285/article/details/105454812
• reference_wrapper可以将传值调用改为传reference调用
• 假设保证“只要容器存在，被指向的元素一定存在”，那就可以使用reference_wrapper。见下面的演示案例

演示案例

• 此演示案例仍然使用到上面的Item类

   

    

     

      

     
     

      

       int main()
      
     
    

     

      

     
     

      

       {
      
     
    

     

      

     
     

      
    
       std::
       vector<
       std::reference_wrapper<Item>> books;
      
     
    

     

      

     
     

      
 
      
     
    

     

      

     
     

      
    
       Item f("Faust", 12.99);
      
     
    

     

      

     
     

      

           books.push_back(f); 
       //将f的引入传递给books，现在books内存放的是f的引用
      
     
    

     

      

     
     

      
 
      
     
    

     

      

     
     

      
    
       for (
       const 
       auto& book : books) {
      
     
    

     

      

     
     

      
        
       std::
       cout << book.get().getName() << 
       ": " << book.get().getPrice() << 
       std::
       endl;
      
     
    

     

      

     
     

      

           }
      
     
    

     

      

     
     

      
 
      
     
    

     

      

     
     

      
    
       //通过f改变内容
      
     
    

     

      

     
     

      

           f.setPrice(
       9.99);
      
     
    

     

      

     
     

      
    
       std::
       cout << books[
       0].get().getPrice() << 
       std::
       endl;
      
     
    

     

      

     
     

      
 
      
     
    

     

      

     
     

      
    
       //可以看到vector内的也改变了
      
     
    

     

      

     
     

      
    
       for (
       const 
       auto& book : books) {
      
     
    

     

      

     
     

      
        
       std::
       cout << book.get().getName() << 
       ": " << book.get().getPrice() << 
       std::
       endl;
      
     
    

     

      

     
     

      

           }
      
     
    

     

      

     
     

      

       }
      
     
   

• 这种做法的优点是不需要pointer语法。然而这个也有风险，因此此处使用reference而非显然意见
• 注意，下面的声明是不行的，因此其不是引用：