引言 Program into Your Language, Not in It——《代碼大全》。如何深入一門語言去編程？我認為有三步：熟悉它；知道它的局限性；擴展它。如何熟悉？不必說，自然是看書看資料，多用多寫。如何知曉其局限性？這步我們只能通過對比了，任何事物都有其自身的局限性，沒有任何東西是完美的（除了上帝哈Smile）。在這裡，我用C#與C++做對比，嘗試勾勒出C#與C++一些觀念上的不同。如何擴展？這點我正在嘗試Embarrassed smile。 C++的STL STL包含六大組件：容器(Containers)、迭代器（Iterators）、算法（Algorithms）、仿函數（functors）、配接器（Adapters）、配置器（Allocators）。容器通過配置器取得數據存儲空間，算法通過迭代器來存取容器的內容，仿函數協助算法完成不同的操作策略，配接器用來修飾或套接仿函數。這一整套配合，可以使我們完全掌控數據在存儲器上的增刪查改。（在這裡我很想畫一張圖出來，但是我找了很久，實在找不到好的工具，有沒有哪位同學能分享一些好的畫示意圖之類的工具呢？） 容器 STL中，最常用的容器要算vector、list、map、set這四種了。C#中，對應的容器分別是:List、LinkedList、Dictionary、HashSet。單看容器，其實它只是抽象出了一些邏輯結構，根據不同的邏輯需要，在存儲器上反應出不同的物理存儲結構。這點C++和C#的抽象沒有什麼不同，當然，其實現上，很不相同。這點通過代碼的書寫，就可以略窺一斑。 C++代碼如下： #include <iostream> #include <vector> #include <list> #include <map> #include <set> #include <algorithm> using namespace std; int main() { vector<int> vec; list<int> lst; map<int,int> mp; set<int> st; for (int i = 0; i < 10; ++i) { vec.push_back(i); lst.push_back(i); mp.insert(make_pair(i, i)); st.insert(i); } cout << "vector: " << endl; vector<int>::const_iterator iterVec(vec.begin()); while (iterVec != vec.end()) { cout << *iterVec << endl; ++iterVec; } cout << "\nlist: " << endl; list<int>::const_iterator iterLst(lst.begin()); while (iterLst != lst.end()) { cout << *iterLst << endl; ++iterLst; } cout << "\nmap: " << endl; map<int, int>::const_iterator iterMap(mp.begin()); while (iterMap != mp.end()) { cout << "Key = " << iterMap->first << "Value = " << iterMap->second << endl; ++iterMap; } cout << "\nset: " << endl; set<int>::const_iterator iterSet(st.begin()); while (iterSet != st.end()) { cout << *iterSet << endl; ++iterSet; } } C#代碼如下： using System; using System.Collections.Generic; using System.Linq; using System.Text; using System.Threading.Tasks; using System.Collections; using System.Net.Sockets; using System.Net; namespace ConsoleApplication1 { class Program { static void Main(string[] args) { List<String> list = new List<String>(); LinkedList<String> linkedList = new LinkedList<String>(); Dictionary<Int32, String> dic = new Dictionary<Int32, String>(); HashSet<String> set = new HashSet<String>(); for (int i = 0; i < 10; ++i ) { list.Add(i.ToString()); linkedList.AddLast(i.ToString()); dic.Add(i, i.ToString()); set.Add(i.ToString()); } Console.WriteLine("List: "); foreach (var item in list) { Console.WriteLine(item); } Console.WriteLine("\nLinkedList: "); foreach (var item in linkedList) { Console.WriteLine(item); } Console.WriteLine("\nDictionary: "); foreach (var item in dic) { Console.WriteLine("Key = {0}, Value = {1}", item.Key, item.Value); } Console.WriteLine("\nHashSet: "); foreach (var item in set) { Console.WriteLine(item); } } } } C++並沒有內置的foreach語句（貌似新的標准中有？），所以它通過迭代器來幫助它來完成迭代。而C#就非常方便了，在語法級別完成了這個功能。從寫法上我們可以看到，c++的迭代器看上去是一個指針，是一個可以做自增操作的指針。c#迭代出的每個item則是當前存放的數據。 迭代器 STL中的迭代器有五種：輸入迭代器（Input Iterator）、輸出迭代器（Output Iterator）、前向迭代器（Forward Iterator）、雙向迭代器（Bidirectional Iterator）、隨機存取迭代器（Random Access Iterator）。C#中，沒有相對應的迭代器概念。畢竟迭代器就是一個智能指針，而C#卻不支持指針（unsafe另算哈）。 輸入迭代器，只能一次一個向前讀取元素，並且只能讀取該元素一次。如果我們復制一份輸入迭代器，副本輸入迭代器和原來的輸入迭代器分別向前讀取一個元素，那麼他們可能會遍歷到不同的值。以istream_iterator為列，代碼如下： #include <iostream> #include <vector> #include <list> #include <map> #include <set> #include <algorithm> #include <iterator> #include <string> using namespace std; int main() { //按Ctrl+Z結束輸入，或者按Ctrl+C取消輸入 istream_iterator<string> iterBegin(cin); istream_iterator<string> iterEnd; while (iterBegin != iterEnd) { cout << *iterBegin << endl; ++iterBegin; } } 輸出迭代器，與輸入迭代器相反，它的作用是將元素值一個個寫入，所以只能作為左值。以ostream_iterator為列，代碼如下： #include <iostream> #include <vector> #include <list> #include <map> #include <set> #include <algorithm> #include <iterator> #include <string> using namespace std; int main() { ostream_iterator<int> iter(cout, "\n"); vector<int> vec ; for (int i = 0; i < 10; ++i) { *iter = i; } } 前向迭代器，是輸入、輸入迭代器的結合，但是卻沒能用有輸入、輸入迭代器的全部功能，真心覺得這個迭代器很尴尬。前向迭代器提取值的時候，要確保它是有效的迭代器（比如到了序列尾端），而輸出迭代器卻不用（輸出迭代器不提供比較操作，無需檢查是否達到尾端）。我沒見過比較有代表性的前向迭代器，所以給不出代碼示例（囧…）。 雙向迭代器，在前向迭代器的基礎上增加了回頭遍歷的能力。寫法上來說，就是提供了自減操作。最合適的列子非鏈表的迭代器莫屬了。如下： #include <map> #include <set> #include <algorithm> #include <iterator> #include <string> using namespace std; int main() { list<int> lst; for (int i = 0; i < 10; ++i) { lst.push_back(i); } list<int>::const_iterator iter(lst.begin()); while (iter != lst.end()) { cout << *iter << " "; ++iter; } cout << endl; while (iter != lst.begin()) { --iter; cout << *iter << " "; } } 隨機迭代器，在雙向迭代器的基礎上增加了隨機存取能力。寫法上來說，就是提供了加減法操作，還提供了大小比較操作(除了這個迭代器，其他都沒有大小比較，所以一般判斷迭代器是否結尾，是用 == 或者 != 來判斷)。最合適的列子就是vector的迭代器了。如下： vector<int> vec; for (int i = 0; i < 10; ++i) { vec.push_back(i); } vector<int>::const_iterator iter(vec.begin()); cout << *(iter + 4) << endl; 至此，我們對C++迭代器有些基本的了解了。現在讓我們探索一下這背後到底是怎麼實現的。我們知道C++的STL是依靠模板(Template)來實現的，用C#的詞來描述就是泛型(Generic)。一個迭代器，其實是一個類型，一個遵循了一系列潛規則的類型。按照被潛的程度，分成兩種：自娛自樂，狼狽為奸。如果只是想自娛自樂的話，那麼很簡單，只要像下面這樣既可： #include <iostream> #include <vector> #include <list> #include <map> #include <set> #include <algorithm> #include <iterator> #include <string> using namespace std; template<typename Item> struct ListIter; template<typename T> struct ListItem; //作為存放元素的容器 template <typename T> struct ListContainer { ListContainer() : _front(nullptr) , _end(nullptr) , _size(0) { } void insert_front(T value) { ListItem<T>* newItem = new ListItem<T>(value, _front); if (_front == nullptr) { _end = newItem; } _front = newItem; } void insert_end(T value) { ListItem<T>* newItem = new ListItem<T>(value, nullptr); if (_end == nullptr) { _front = newItem; _end = newItem; } else { _end->setNext(newItem); _end = newItem; } } void display(std::ostream &os = std::cout) const { ListItem<T>* tmp = _front; while (tmp != nullptr) { os << tmp->value() << " "; tmp = tmp->next(); } os << std::endl; } ListItem<T>* front() const { return _front; } private: ListItem<T>* _end; ListItem<T>* _front; long _size; }; //每個元素 template<typename T> struct ListItem { ListItem(T val, ListItem<T>* next) : _value(val) , _next(next) { } T value() const { return _value; } ListItem* next() const { return _next; } void setNext(ListItem<T>* next) { _next = next; } private: T _value; ListItem<T>* _next; }; //迭代器 template<typename Item> struct ListIter { Item* ptr; ListIter(Item* p = 0) : ptr(p) {} Item& operator*() const { return *ptr; } Item* operator->() const { return ptr; } ListIter& operator++() { ptr = ptr->next(); return *this; } ListIter operator++(int) { ListIter tmp =*this; ++(*this); return tmp; } bool operator==(const ListIter& i) const { return ptr == i.ptr; } bool operator!=(const ListIter& i) const { return ptr != i.ptr; } }; int main() { ListContainer<int> myList; for (int i = 0; i < 10; ++i) { myList.insert_front(i); myList.insert_end(i + 10); } myList.display(); ListIter<ListItem<int> > begin(myList.front()); ListIter<ListItem<int> > end; while (begin != end) { cout << begin->value() << endl; ++begin; } } 上述代碼中，我們完全依賴自己的雙手，通過重載*、->、 ++、==、!=等操作符，實現了自己的行為上類似迭代器的迭代器。但是我們僅能自娛自樂而已，不能融入STL的大家庭。我們無法復用STL原有的輪子，也無法將我們的輪子完美的放進STL（只需重載一下全局的!=操作符，可以使用STL的find）。我們為了實現這個迭代器，將容器的元素類型（ListItem）暴露了，而且還暴露了ListItem的內部實現細節（重載++操作符，用到了ptr->next()）,明顯不科學啊！所以一般迭代器都是相應的容器的設計者實現的，內嵌在容器中。
