泛型演算法：Tips

從 STL 出現到現在已經這麼多年了，泛型演算法是它的重要組成，也是其中最“看起來很美”的東西之一。然而在真實的程式設計中，它往往成為程式員的心頭一痛，因為一旦要用 for_each ，accumulate 之類的演算法做一些稍微複雜一點的事情，你就會發現自己一個頭變成兩個大。

從 STL 出現到現在已經這麼多年了，泛型演算法是它的重要組成，也是其中最“看起來很美”的東西之一。然而在真實的程式設計中，它往往成為程式員的心頭一痛，因為一旦要用 for_each ，accumulate 之類的演算法做一些稍微複雜一點的事情，你就會發現自己一個頭變成兩個大。即便是有了 boost::bind 和 boost.lambda 的協助，事情也仍然是撲朔迷離，求助於 comp.lang.c++ 雖然有用，但是又何嘗不是一種無奈。好了，現在我開始收集一些來自 comp.lang.c++(.moderated) 的解答，希望日後對自己和他人有用。

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預備問題（算是第0個問題吧）：如何對一個 STL 容器內的所有元素做某件事情？

這取決於你要做什麼，以及容器是什麼。如果是 vector, list 這樣的容器，而你要把它們全部 cout 出來，當前的標準 STL 解法是這樣的：

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>
#include <iterator>
#include <string>

int main()
{
  std::vector<std::string> vect;
  vect.push_back("Hello");
  vect.push_back(", ");
  vect.push_back("world!");
 
  std::copy( vect.begin(), vect.end(),
    std::ostream_iterator<std::string>(std::cout) );
}

基本上，這算是一個“過得去”的方案，但是有點問題：
1. 對於不熟悉這個固定用法的人，cout 所有元素所首要考慮演算法是 for_each，而不是 copy ，事實上，for_each 也是最符合我們慣常邏輯的演算法，因為在不使用 STL 演算法的時候，我們使用 for 迴圈來幹這件事。
2. 可讀性不太良好，ostream_iterator 的使用有點 tricky ，而且也不能用於做其他的事情。

我想熟悉 boost  的人已經知道我下面要說什麼了，因為用 boost.lambda 做這件事情的確非常漂亮：

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>
#include <string>

#include <boost/lambda/lambda.hpp>
#include <boost/lambda/bind.hpp>

using namespace boost::lambda;

int main()
{
  std::vector<std::string> vect;
  vect.push_back("Hello");
  vect.push_back(", ");
  vect.push_back("world!");
 
  std::for_each( vect.begin(), vect.end(), std::cout << _1 );
}

這和前面的程式一樣，輸出我們熟悉的 Hello, world! 。直觀、優雅而且容易修改，例如，如果你不是想要輸出它們的值，而是想要輸出它們的長度，只需要做很少的修改：

std::for_each( vect.begin(), vect.end(), std::cout << bind(&std::string::length, _1) << "/n" );

輸出
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2
6

bind 的作用是把 lambda 運算式綁定到一個函數或者一個資料成員，在這裡的意思，就是對於每一個 string ，都調用其 length() 方法。_1 同樣也可以成為賦值的對象，例如，先執行

std::for_each( vect[0].begin(), vect[0].end(), _1 = bind(&toupper, _1) );

然後再把這些 string 輸出，你會得到

HELLO, world!

因為那一句對 "Hello" 中的每一個字母調用 toupper ，並把結果寫回。

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第一個問題：如何對一個 map 中所有的 key 或者 value 做某件事情？

當然，這還是取決於你要做的是什麼。手寫 for 迴圈當然是萬能的，但是現在有了那麼多的泛型演算法，我們可以考慮其他的方案了（這也是眾多 C++ Gurus 推薦的思維方式）如果是把所有的 value 全部 cout 出來，用 boost.lambda 配合 for_each 還是比較優雅的（雖然沒有像 vector 和 list 那樣的優雅）：

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <map>
#include <string>

#include <boost/lambda/lambda.hpp>
#include <boost/lambda/bind.hpp>

using namespace boost::lambda;

int main()
{
  std::map<int, std::string> strs;
  strs[0] = "Hello";
  strs[1] = ", ";
  strs[2] = "world";
  strs[3] = "!";
 
  std::for_each( strs.begin(), strs.end(),
    std::cout << bind(&std::map<int, std::string>::value_type::second, _1) );
}

這樣的輸出如我們所料，就是 Hello, world! 。

如果想要把 key 也輸出，道理是一樣的，只需要這樣：

  std::for_each( strs.begin(), strs.end(),
    std::cout << bind(&std::map<int, std::string>::value_type::second, _1) << '/t'
                    << bind(&std::map<int, std::string>::value_type::first, _1) << '/n'
  );

其結果是：

Hello   0
,            1
world   2
!            3

因此，對於一個 map 中的 value 的操作往往可以依法炮製，如果我們想要在其中尋找 value 為 “world" 的那一個元素，並且輸出它的 key ，只需要一句話：

  std::cout <<
    std::find_if( strs.begin(), strs.end(),
      bind(&std::map<int, std::string>::value_type::second, _1) == "world" )->first;

STL 演算法 find_if 接受的第三個參數是一個 prediate ，而產生這種臨時的 functor 正是 lambda 的拿手好戲。上面的這句話也可以用 boost::bind 來做，只需要更改 include 和 using namespace ，代碼本身無需更改。而如果你不藉助於它們，你只有手寫迴圈或者自己寫一個 predicate 。

當情況變得複雜一些的時候，lambda 的用法也變得更加有趣了：

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <map>
#include <string>

#include <boost/lambda/lambda.hpp>
#include <boost/lambda/bind.hpp>

using namespace boost::lambda;

class Person
{
public:
  Person(){}
  Person(const std::string& name) : name_(name){}
 
  std::string Name()
  { return name_; }
 
private:
  std::string name_;
};

int main()
{
  std::map<int, Person> persons;
  persons[123] = Person("Amy");
  persons[234] = Person("Ralph");
  persons[345] = Person("Simon");
  persons[456] = Person("Maggie");

  std::for_each( persons.begin(), persons.end(),
    std::cout << bind(&std::map<int, Person>::value_type::first, _1) << '/t'
                    << bind(&Person::Name,
                            bind(&std::map<int, Person>::value_type::second, _1)) << '/n'
  );

  std::cout << "Ralph's Id is: " <<
    std::find_if( persons.begin(), persons.end(),
      bind(&Person::Name,
        bind(&std::map<int, Person>::value_type::second, _1)) == "Ralph" )->first;
}

這裡 map 的 value 元素不再是一個單純的 string，我們要輸出的是這個 value 的 Name() ，幸好 lambda 的綁定可以級聯，所以我們仍然可以用 STL 演算法在一個運算式之內搞定這些任務：for_each 輸出 key 和 value 的 Name()，而 find_if 找到 value 的 Name() 為 "Ralph" 的那一個元素，輸出是這樣的：

123     Amy
234     Ralph
345     Simon
456     Maggie
Ralph's Id is: 234