第十七章 标准库特殊设施

一、tuple类型

• tuple是类似pair的模板，每个pair的成员类型都不相同，但每个pair都恰好有两个成员。
• 不同的tuple类型的成员类型也不相同，一个tuple可以有任意数量的成员。
• 每个确定的tuple类型的成员数目是固定的，但一个tuple类型的成员数目可以与另一个tuple类型不同。
• 可以将tuple看做一个”快速而随意”的数据结构。
• tuple支持的操作：

1. 定义和初始化tuple

// 定义和初始化示例
tuple<size_t, size_t, size_t> threeD;   // 三个成员都设置为0
tuple<string, vector<double>, int, list<int>> someVal("constants", {3.14, 2.7}, 42, {0, 1, 2});// 由于tuple的每个构造函数都是explicit的，所以必须使用直接初始化语法
tuple<size_t, size_t, size_t> threddD = {1, 2, 3};  // 错误
tuple<size_t, size_t, size_t> threddD{1, 2, 3}; // 正确auto item = make_tuple("TTT", 3, 342.7);

// 访问tuple成员
auto book  = get<0>(item);  // 返回item的第一个成员
auto cnt = get<1>(item);    // 返回item的第二个成员
auto price = get<2>(item) / cnt;    // 返回item的最后一个成员
get<2>(item) *= 0.8;

2. 使用tuple返回多个值

• tuple最常见的用途就是从一个函数返回多个值

二、bitset类型

• 处理二进制位的有序集；
• bitset类也是一个类模板，它类似array类，具有固定的大小。定义一个bitset时，需要声明它包含多少个二进制位。

bitset<32> bitVect(1U); // 32位，低位为1，其他位为0

• 初始化bitset的方法：

• 初始化示例：

// bitVec1比初始值小；初始值中的高位被丢弃
bitset<13> bitVec1(0xbeef);     // 二进制位序列为 1111011101111// bitVec2比初始值大；它的高位被置为0
bitset<20> bitVec2(oxbeef); // 二进制位序列为 00001101111011101111// 在64位机器中，long long 0ULL是64个0比特，因此~0ULL是64个1
bitset<128> bitVec3(~0ULL); // 0-63位为1；63-127位为0// 从一个string初始化bitset
bitset<32> bitVec4("1100"); //2、3两位为1，剩余两位为0

• 注意：string的下标编号习惯与bitset恰好相反，string下标最大的字符用来初始化bitset中的低位。
• bitset操作：

• bitset操作示例：

bitset<32> bitVec(1U);  // 32位，低位为1，剩余位为0
bool is_set = bitVec.any(); // true
bool is_not_set = bitVec.none();   // false
bool all_set = bitVec.all();   // false
size_t onBits = bitVec.count();    // 1
size_t sz = bitVec.size();  // 32
bitVec.filp();  // 翻转bitVec中的所有位
bitVec.reset(); // 将所有位复位
bitVec.set();   // 将所有位置为1

三、正则表达式

• 正则表达式是一种描述字符序列的方法，是一种极其强大的计算工具。
• 作为新标准的一部分，RE库定义在头文件regex中。
• 正则表达式库组件：

• regex_search和regex_match的参数：

1. 使用正则表达式库

• 简单的例子：查找违反众所周知的拼写规则”i除非在c之后，否则必须在e之前”的单词：

// 查找不在字符c之后的字符串ei
string pattern("[^c]ei");// 需要包含pattern的整个单词
pattern = "[[:alpha:]]*" + pattern + "[[:alpha:]]*";
regex r(pattern);   // 构造一个用于查找模式的regex
smatch results; // 定义一个对象保存搜索结果// 定义一个string保存与模式匹配和不匹配的文本
string test_str = "receipt freind theif receive";// 用r在test_str中查找与pattern匹配的子串
if (regex_search(test_str, results, r) {    // 如果有匹配子串
    cout << results.str() << endl;  // 打印匹配的单词，输出freind
}

• regex(和wregex)选项：

• 定义regex时指定的标志(f)：

• 可以将正则表达式本身看做是一种简单程序语言设计的程序。在运行时，当一个regex对象被初始化或被赋予新模式时，才被“编译”。
• 如果编写的正则表达式存在错误，会在运行时抛出一个regex_error的异常。
• 避免创建不必要的正则表达式。构建一个regex对象可能比较耗时。

2. 匹配与Regex迭代器类型

• sregex_iterator操作(用来获得所有匹配)：

// 查找不在字符c之后的字符串ei
string pattern("[^c]ei");// 需要包含pattern的整个单词
pattern = "[[:alpha:]]*" + pattern + "[[:alpha:]]*";
regex r(pattern, regex::icase);   // 构造一个用于查找模式的regex，忽略大小写// 它将反复调用regex_search来寻找文件中的所有匹配
if (sregex_iterator it(file.begin(), file.end(), r), end_it; it != end_it; ++it) {    // 如果有匹配子串
    cout << it->str() << endl;  // 打印匹配的单词，输出freind theif
}

• smatch操作：

3. 使用子表达式

• 正则表达式语法通常用括号表示子表达式
• 子表达式的索引从1开始
• 在fmt中用$后跟子表达式的索引号来标识一个特定的子表达式
• 例子：

if(regex_search(filename, results, r))
    cout << results.str(1) << endl; // .str(1)获取一个子表达式匹配结果

• 子匹配操作：

4. 使用regex_replace

• 使用正则表达式替换操作：

• 例子：

string phone = "(\\()?(\\d{3})(\\))?([-. ])?(\\d{3})([-. ]?)(\\d{4})"
string fmt = "$2.$5.$7";  // 将号码格式改为ddd.ddd.dddd
regex r(phone);  // 用来寻找模式的regex对象
string number = "(908) 555-1800";
cout << regex_replace(number, r, fmt) << endl;  // 908.555.1800

• 匹配标志：

四、随机数

• 新标准之前，C和C++都依赖一个简单的C库函数rand来生成随机数，且只符合均匀分布。
• 新标准：随机数引擎 和 随机数分布类，定义在 random 头文件中。
• C++程序应该使用default_random_engine类和恰当的分布类对象。

1. 随机数引擎和分布

• 随机数引擎操作：

• 例子：

// 初始化分布类型
uniform_int_distribution<unsigned> u(0, 9);
// 初始化引擎
default_random_engine e;
// 随机生成0-9的无符号整数
cout << u(e) << endl;

• 一个给定的随机数发生器一直会生成相同的随机数序列。一个函数如果定义了局部的随机数发生器，应该将其(包括引擎和分布对象)定义为static的，否则，每次调用函数都会生成相同的序列。
• 如果程序作为一个自动过程的一部分反复运行，将time的返回在作为种子的方式就无效了；它可能多次使用的都是相同的种子。

2. 其他随机数分布

• 分布类型的操作：

• 由于引擎返回相同的随机数序列，所以我们必须在循环外声明引擎对象。否则每步循环都会创建一个新引擎，从而每步循环都会生成相同的值。类似的，分布对象也要保持状态，因此也应该在循环外定义。

五、IO库再探

1. 格式化输入输出

• 使用操纵符改变格式状态
• 控制布尔值的格式：cout << boolalpha << true << endl;
• 指定整型的进制：cout << dec << 20 << endl;
• 定义在iostream中的操纵符： 其中 * 代表默认的流状态

2. 未格式化的输入/输出操作

• 单字节底层IO操作：

• 多字节底层IO操作：

3. 流随机访问

• istream和ostream类型通常不支持随机访问。
• 通过将标记seek到一个给定位置来重定位它。
• tell告诉我们标记的当前位置。