[译]C++17,容器的持续改进与统一访问

短命女 2022-05-11 03:44 155阅读 0赞

> 看到一个介绍 C++17 的系列博文([原文][Link 1]),有十来篇的样子,觉得挺好,看看有时间能不能都简单翻译一下,这是第八篇~

> 本篇是系列译文的最后一篇(译文总数不到十来篇)~

C++11 中已经包含了8个关联容器,C++17 改进了这些容器的接口方法,现在你可以更加方便的向容器中插入元素,合并或者移动一个容器的元素至另一个"**相似**"容器中,并且新标准还统一了关联容器和顺序容器的访问方式.

在我深入讲解细节之前,让我先来回答一下之前的一个问题:什么是"相似"容器?

目前标准库包含8个关联容器:

![图][70]

所谓的相似容器,其实就是所含元素的数据结构相同并且 数据类型也相同的容器.std::set 和 std::multiset 的元素便拥有相同的数据结构, std::unordered\_set 和 std::unordered\_multiset, std::map 和 std::multimap, 以及 std::unordered\_map 和 std::unordered\_multimap, 这几个容器对包含的元素也拥有相同的数据结构.

当然,上面的说明还是比较简略的,更多的细节我在之前的[文章][Link 2]中已经做过介绍,有兴趣的朋友可以看看.

现在让我们来看些全新的东西.

#### The improved interface of the associative containers ####

下面的代码示例较详尽的展示了改进的容器接口.

#include <iostream>
    #include <map>
    #include <string>
    #include <utility>
    
    using namespace std::literals;                                     // 1
    
    template <typename Cont>
    void printContainer(const Cont& cont, const std::string& mess) {    // 2
    	std::cout << mess;
    	for (const auto& pa : cont) {
    		std::cout << "(" << pa.first << ": " << pa.second << ") ";
    	}
    	std::cout << std::endl;
    }
    
    int main() {
    	std::map<int, std::string> ordMap{ {1, "a"s}, {2, "b"} };          // 3
    	ordMap.try_emplace(3, 3, 'C');
    	ordMap.try_emplace(3, 3, 'c');
    
    	printContainer(ordMap, "try_emplace: ");
    
    	std::cout << std::endl;
    
    	std::map<int, std::string> ordMap2{ {3, std::string(3, 'C')},     // 4
    										{4, std::string(3, 'D')} };
    	ordMap2.insert_or_assign(5, std::string(3, 'e'));
    	ordMap2.insert_or_assign(5, std::string(3, 'E'));
    
    	printContainer(ordMap2, "insert_or_assign: ");                   // 5
    
    	std::cout << std::endl;
    
    	ordMap.merge(ordMap2);                                           // 6
    
    	std::cout << "ordMap.merge(ordMap2)" << std::endl;
    
    	printContainer(ordMap, "  ordMap: ");
    	printContainer(ordMap2, "  ordMap2: ");
    
    	std::cout << std::endl;
    
    	std::cout << "extract and insert: " << std::endl;
    
    	std::multimap<int, std::string> multiMap{ {2017, std::string(3, 'F')} };
    
    	auto nodeHandle = multiMap.extract(2017);                        // 7
    	nodeHandle.key() = 6;
    	ordMap.insert(std::move(nodeHandle));
    
    	printContainer(ordMap, "   ordMap: ");
    	printContainer(multiMap, "   multiMap: ");
    	
    	return 0;
    }

代码示例中我使用了 std::map, 因为多数情况下他都是我们使用关联容器的第一选择.另外,如果你需要存储大量元素并且保证访问效率,你就可以试试 std::unordered\_map.在我之前的[文章][Link 3]中,我对这两个容器的访问效率做了一些比较.

代码 (2) 处我编写了 printContainer 函数用来方便的输出关联容器的元素(可以附加一个消息标题),同样是为了方便,我在 (1) 处引入了命名空间 std::literals,这样我就可以使用 C++ string 中新的内建字面量(literal)了.代码 (3) 中定义的键值对 \{1, "a"s\} 便是 string 字面量的一个应用: "a"s 是 C++14 引入的 string 字面量定义方式,你只需要在 C 风格字符串后面添加一个 s 字符便可获得一个 C++ string(字面量).

现在,我要开始详细解释示例程序的代码了,为了理解方便,让我们先看下程序的输出:

![图][70 1]

新标准中增加了两种向关联容器中添加元素的方法: try\_emplace 和 insert\_or\_assign.代码 (3) 处的 ordMap.try\_emplace(3, 3, ‘C’) 尝试向 ordMap 添加一个元素,其中第一个参数 3 是元素的键, 后面的两个参数 3 和 ‘C’ 则直接用于调用元素值(这里是std::string)的构造函数.之所以这个方法以try为前缀命名,是因为如果对应的元素键已经存在,该方法便不会执行实际的添加操作.代码 (4) 处的 insert\_or\_assign 方法则与 try\_emplace 不同,如果对应的元素键已经存在,他会将新的元素值赋值给已经存在的元素键(建立新的键值对映射).

C++17 中,你还可以合并关联容器.代码 (6) 处的 ordMap.merge(ordMap2) 将 ordMap2 合并入了 ordMap 中.这个过程的正式名称叫"拼接(splice)",以上面代码为例,拼接的过程就是从 ordMap2 中抽取(extract)每一个键值对并插入 ordMap 中,如果 ordMap 中已经存在相同的元素键,则不会执行插入操作.整个过程不会发生键值对的 copy 或者 move 操作,所以拼接之前指向键值对的指针(或者引用)仍然保持有效.你可以在相似的关联容器间执行合并操作,而所谓的相似容器,正如之前所说,就是容器所包含的元素拥有相同的数据结构和相同的数据类型.

代码 (7) 处继续进行容器的抽取和插入操作.新标准中的关联容器都有一个新的子类型:node\_type,代码 (6) 中的容器合并操作内部就是通过使用 node\_type 来完成的.你甚至可以使用 node\_type 来改变一个键值对的键:代码 (7) 处的 auto nodeHandle multiMap.extract(2017) 从 std::multimap<int, std::string> 中抽取了键为 2017 的节点(node\_type),接下来的代码 nodeHandle.key() = 6 将节点的键改为了 6, 然后使用 ordMap.insert(std::move(nodeHandle)) 将节点插入到了 ordMap 中,这里我必须使用 move 的方式来插入提取的节点,因为 node\_type 并不支持拷贝.

auto nodeHandle = multiMap.extract(2017);   // A                      
    nodeHandle.key() = 6;
    multiMap.insert(std::move(nodeHandle));
      
    
    auto nodeHandle = multiMap.extract(2017);   // B                     
    ordMap.insert(std::move(nodeHandle)); 
    
    
    auto nodeHandle = multiMap.extract(2017);   // C
    nodeHandle.mapped() = std::string("ZZZ");
    ordMap.insert(std::move(nodeHandle));

C++17 中引入了3个全局函数用以统一的访问容器.

#### Uniform container access ####

这3个函数分别是 std::size, std::empty, 和 std::data.

*  std::size: 返回一个 STL 容器,或者一个 C++ string, 或者一个 C 数组的大小(size).
 *  std::empty: 返回一个 STL 容器,或者一个 C++ string, 或者一个 C 数组是否为空.
 *  std::data: 返回容器所包含元素的内存块指针.使用前提是容器必须支持 data() 方法(标准库中的 std::vector, std::string 和 std::array 支持该方法).

[Link 1]: http://www.modernescpp.com/index.php/c-17-the-improved-interface-of-the-associative-containers
[70]: /images/20220511/012ed9d2f8df4f969b7c8c104808ba23.png
[Link 2]: http://www.modernescpp.com/index.php/hash-tables
[Link 3]: http://www.modernescpp.com/index.php/associative-containers-a-simple-performance-comparison
[70 1]: /images/20220511/50c8f04286574e858d874eef8f828837.png